Giao Trinh May Dien 1.doc

MỤC LỤC MỤC LỤC........................................................................................................................ 1 BÀI 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN..............................................................8 1. Các định luật điện từ dùng trong máy điện................................................................8 1.1. Lực điện từ................................................................................................................. 8 1.2. Hiện tượng cảm ứng điện từ (Định luật Faraday)..................................................8 1.3. Sức điện động cảm ứng khi dây dẫn chuyển động cắt từ trường..........................9 1.4. Tự cảm và hổ cảm...................................................................................................10 1.4.1. Hiện tượng tự cảm................................................................................................10 1.4.2. Hiện tượng hỗ cảm...............................................................................................10 2. Định nghĩa và phân loại máy điện.............................................................................11 2.1. Khái niệm................................................................................................................. 11 2.2. Phân loại................................................................................................................... 11 3. Nguyên lý máy phát điện và động cơ điện................................................................11 3.1. Nguyên lý máy phát điện và động cơ điện.............................................................11 3.2. Tính thuận nghịch của máy điện............................................................................13 4. Sơ lượt về các vật liệu chế tạo máy điện...................................................................13 4.1. Vật liệu dẫn từ.........................................................................................................13 4.2. Vật liệu dẫn điện......................................................................................................13 4.3. Vật liệu cách điện....................................................................................................13 5. Phát nóng và làm mát máy điện................................................................................13 5.1. Chế độ làm việc định mức liên tục.........................................................................14 5.2. Chế độ làm việc định mức ngắn hạn......................................................................14 5.3. Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại...........................................................................14 BÀI 2: MÁY BIẾN ÁP...................................................................................................16 1. Khái niệm chung........................................................................................................16 1.1. Định nghĩa................................................................................................................ 16 1.2. Công dụng của máy biến áp...................................................................................16 1.3. Các loại máy biến áp...............................................................................................16 2. Cấu tạo của máy biến áp............................................................................................16 2.1. Lõi thép.................................................................................................................... 16 2.2. Dây quấn.................................................................................................................. 17 3. Các đại lượng định mức của máy biến áp................................................................17 4. Nguyên lí làm việc của máy biến áp..........................................................................18 5. Mô hình toán và sơ đồ thay thế của máy biến áp.....................................................19 5.1. Các phương trình cân bằng điện từ của máy biến áp:.........................................19 5.2. Phương trình điện áp sơ cấp..................................................................................20 5.3. Phương trình cân bằng điện áp trên dây quấn thứ cấp.......................................20 5.4. Phương trình sức từ động.......................................................................................20 5.5. Sơ đổ thay thế máy biến áp:...................................................................................21 6. Các chế độ làm viêc của máy biến áp:......................................................................21 6.1. Chế độ không tải.....................................................................................................23 6.2. Chế độ ngắn mạch...................................................................................................23 6.3. Chế độ có tải............................................................................................................26 7. Máy biến áp ba pha....................................................................................................29 1

7.1. Khái niệm, phân loại...............................................................................................29 7.2. Phương pháp nối dây và tổ nối dây........................................................................30 8. Sự làm việc song song của máy biến áp....................................................................36 9. Các máy biến áp đặc biệt...........................................................................................36 9.1. Máy biến áp tự ngẫu...............................................................................................36 9.2. Máy biến áp đo lường.............................................................................................37 9.3. Máy biến áp hàn......................................................................................................38 10. Quấn máy biến áp 1 pha cỡ nhỏ..............................................................................41 10. 1. Tính toán số liệu dây quấn máy biến áp một pha..............................................41 10.2. Thi công quấn bộ dây biến áp 1 pha....................................................................46 10.3. Chạy thử................................................................................................................52 BÀI 3: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ.....................................................................54 1. Khái niệm chung về máy điện không đồng bộ:........................................................54 2. Cấu tạo của máy điện không đồng bộ ba pha..........................................................54 2.1. Phần tĩnh ( Stato)....................................................................................................55 2.2. Phần quay ( Roto)....................................................................................................55 3. Từ trường của máy điện không đồng bộ..................................................................56 3.1.Từ trường đập mạch của dây quấn một pha..........................................................56 3.2. Từ trường quay của dây quấn ba pha...................................................................57 4. Nguyên lý làm của máy điện không đồng bộ............................................................60 4.1. Nguyên lý làm việc của động cơ điện không đồng bộ:..........................................60 4.2. Nguyên lý máy phát điện đồng bộ:........................................................................61 5. Phương trình cân bằng điện và từ của động cơ điện không đồng bộ.....................61 5.1. Phương trình điện áp dây quấn sator:...................................................................61 5.2. Phương trình cân bằng điện dây quấn rôto..........................................................62 6. Giản đồ năng lượng và hiệu suất của động cơ.........................................................65 7. Mô men quay của động cơ không động bộ ba pha..................................................66 7.1. Đặc điểm của mômen quay :..................................................................................67 7.2. Mômen có trị số cực đại Mmax ứng với giá trị tới hạn sth.......................................67 7.3. Mômen mở máy Mmm.............................................................................................67 8. Mở máy động cơ điện không đồng bộ ba pha..........................................................68 8.1. Mở máy động cơ rôto dây quấn............................................................................68 8.2. Mở máy động cơ rôto lồng sóc................................................................................69 9. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ.......................................................72 9.1. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số f................................................................73 9.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực p...............................................73 9.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cung cấp cho stato.......................73 9.4. Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở rôto của động cơ rôto dây quấn...........74 10. Động cơ không đồng bộ một pha.............................................................................75 10.1. Đại cương............................................................................................................... 75 10.2. Cấu tạo................................................................................................................... 76 10.3. Nguyên lý làm việc................................................................................................76 10.4. Phương pháp mở máy và các loại động cơ điện một pha...................................76 10.5. Sử dụng động cơ điện 3 pha vào lưới điện 1 pha................................................78 11. Sơ đồ dây quấn động cơ không đồng bộ.................................................................87 11.1. Sơ đồ dây quấn động cơ không đồng bộ ba pha..................................................87 11.1.1. Khái niệm chung về dây quấn...........................................................................87 11.1.2. Những cơ sở để vẽ sơ đồ dây quấn....................................................................88 2

11.1.3. Phân loại dây quấn.............................................................................................89 11.1.4. Phương pháp vẽ sơ đồ dây quấn stato động cơ KĐB 3 pha, q là số nguyên.. 92 11.1.4.1. Dây quấn 1 lớp.................................................................................................92 11.1.4.2. Dây quấn 2 lớp...............................................................................................101 12. Đấu vận hành động cơ............................................................................................114 12.1. Kiểm tra quy ước các dây đầu, dây cuối............................................................114 12.1.1. Động cơ 3 pha...................................................................................................114 12.1.2. Động cơ 1 pha..................................................................................................116 12.2. Đấu động cơ vào lưới điện..................................................................................116 12.2.1. Động cơ 3 pha:..................................................................................................116 12.2.2. Động cơ 1 pha:..................................................................................................117 12.2.3. Kiểm tra các thông số: dòng điện, tốc độ........................................................118 13. Tháo lắp, bảo dưỡng động cơ................................................................................119 13.1. Trình tự tháo động cơ..........................................................................................119 13.4. Ráp động cơ.........................................................................................................120 13.5. Kiểm tra hoàn tất................................................................................................121 14. Quấn lại bộ dây stato động cơ không đồng bộ.....................................................121 14.1. Tháo và vệ sinh động cơ......................................................................................121 14.2. Khảo sát và vẽ lại sơ đồ dây quấn......................................................................121 14.3. Thi công quấn dây...............................................................................................121 14.3.1. Đo kích thước rãnh stato:................................................................................122 14.3.2. Xác định kích thước giấy cách điện rãnh......................................................122 14.3.3. Gấp giấy cách điện rãnh:................................................................................122 14.4. Lắp ráp và vận hành thử....................................................................................125 BÀI 4: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ...................................................................................126 1. Định nghĩa và công dụng.........................................................................................126 1.1. Định nghĩa.............................................................................................................. 126 1.2. Công dụng:............................................................................................................126 1.2.1. Chế độ máy phát.................................................................................................126 1.2.2. Chế độ động cơ...................................................................................................127 1.2.3. Chế độ máy bù đồng bộ : dùng để phát công suất phản kháng cho lưới điện để bù hệ số công suất và ổn định điện áp........................................................................127 2. Cấu tạo máy điện đồng bộ.......................................................................................127 2.1. Kết cấu của máy điện đồng bộ cực lồi :...............................................................127 2.2. Kết cấu của máy đồng bộ cực lồi :.......................................................................127 3. Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ:....................................................128 4. Phản ứng phần ứng của máy phát điện đồng bộ....................................................129 5. các đăc tính của máy phát điện đồng bộ.................................................................130 5.1. Các phương trình cơ bản......................................................................................130 5.2. Các đặc tính cơ bản...............................................................................................131 6. Đấu song song các máy phát điện:..........................................................................133 6.1. Điều kiện hoà đồng bộ...........................................................................................133 6.2. Các phương pháp hoà đồng bộ.............................................................................133 7. Động cơ điện đồng bồ và máy bù đồng bộ..............................................................135 7.1. Động cơ điện đồng bộ............................................................................................135 7.1.1. Đặc điểm.............................................................................................................135 7.1.2. Phương trình cân bằng điện áp.........................................................................135 7.1.3. Các phương pháp mở máy động cơ đồng bộ....................................................136 3

7.1.4. Mở máy bằng phương pháp không đồng bộ....................................................137 7.2. Máy bù đồng bộ.....................................................................................................138 8. Sửa chữa, quấn lại bộ dây máy phát đồng bộ........................................................138 8.1 Quấn lại dây quấn stato.........................................................................................138 8.1.1. Phương pháp xác định số liệu dây quấn...........................................................138 8.1.2. Làm khuôn :.......................................................................................................139 8.1.3. Quấn cuộn dây vào khuôn :..............................................................................141 8.1.4. Đai cột :...............................................................................................................141 8.1.5. Tẩm sấy các cuộn dây........................................................................................141 8.1.6. Ghép cuộn dây vào cực từ..................................................................................141 8.1.7. Lắp gép cực từ có cuộn dây vào gông từ phần cảm.........................................141 8.1.8. Kiểm tra cách điện giữa cuộn dây và lõi thép..................................................141 8.1.9. Hàn nối các cuộn dây.........................................................................................141 8.2. Quấn lại dây quấn stato ( phần ứng)...................................................................142 8.2.1. Phương pháp xác định số liệu dây quấn...........................................................142 8.2.2. Lót giấy cách điện rãnh:....................................................................................143 8.2.3. Làm khuôn quấn bối dây...................................................................................143 8.2.4. Quấn các nhóm bối dây.....................................................................................144 8.2.5. Lắp đặt các nhóm bối dây vào rãnh phần ứng.................................................145 8.2.6. Nối dây giữa các nhóm bối và các đầu dây ra..................................................145 8.2.7. Đai cột hai đầu dây.............................................................................................145 8.2.8. Sơn tẩm cuộn dây phần ứng..............................................................................145 BÀI 5: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU...............................................................................148 1. Đại cương về máy điện một chiều:..........................................................................148 2. Cấu tạo của máy điện một chiều.............................................................................148 2.1. Phần tĩnh (stato )...................................................................................................149 2.2. Phần quay (rôto)....................................................................................................149 3. Nguyên lý làm việc của máy phát và động cơ điện một chiều...............................150 3.1. Nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều...............................................150 3.2. Nguyên lý làm việc cuả động cơ điện một chiều..................................................151 4. Từ trường và sức điện động của máy điện một chiều:..........................................151 5. Sức điện động phần ứng, công suất điện từ và mômen điện từ...........................152 5.1. Sức điện động phần ứng.......................................................................................152 5.2. Công suất điện từ và mômen điện từ...................................................................153 6. Tia lửa trên vành góp và cách khắc phục...............................................................153 6.1. Nguyên nhân cơ khí..............................................................................................153 6.2. Nguyên nhân điện từ.............................................................................................154 7.1.2. Các đặc tính:.......................................................................................................156 7.2. Máy phát điện một chiều kích từ song song (tự kích).........................................157 7.2.1.Quá trình tự kích.................................................................................................157 7.2.2. Các đặc tính........................................................................................................157 7.2.3. Đảo cực tính điện áp máy phát..........................................................................158 8.1.Các phương trình cơ bản.......................................................................................158 8.1.1.Phương trình cân bằng điện áp..........................................................................158 8.1.2. Phương trình đặc tính cơ..................................................................................159 8.2. Mở máy và đảo chiều............................................................................................160 8.2.1. Mở máy ĐC – DC KTĐL:.................................................................................160 8.2.2. Đảo chiều quay:..................................................................................................160 4

8.3. Điều chỉnh tốc độ động cơ:...................................................................................160 8.3.1. Thay đổi Rp trong mạch phần ứng....................................................................160 8.3.2. Phương pháp giảm từ thông..............................................................................160 8.3.3. Phương pháp giảm điện áp nguồn....................................................................161 8.4. Phân loại động cơ điện một chiều........................................................................161 8.4.1. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: (Đã xét ở phần trên).......................161 8.4.2. Động cơ điện một chiều kích từ song song........................................................161 8.5. Động cơ vạn năng..................................................................................................161 9. Dây quấn phần ứng máy điện một chiều................................................................166 10. Quấn bộ dây stato động cơ điện vạn năng............................................................174 10.1. Phương pháp vẽ sơ đồ trải dây quấn stato động cơ điện vạn năng.................174 10.2. Phương pháp quấn dây stato (phần cảm) động cơ điện vạn năng...................174 10.3. Quấn dây stato (phần cảm) động cơ điện vạn năng..........................................176 10.4. Quấn dây rôto động cơ điện vạn năng...............................................................176 10.4.1. Phương pháp quấn từng cặp bối song song....................................................176 10.4.2. Phương pháp quấn hình V...............................................................................180 10.4.2.1. Đặc điểm của phép quấn hình V:.................................................................180 10.4.2.2. Phân loại phép quấn hình V:Ta có thể phân thành các dạng sau đây:......180 10.5. Vật liệu tẩm sấy rôto động cơ điện vạn năng........................................................182

5

GIỚI THIỆU - Tên Mô-đun: Máy điện 1 - Nghề: Điện công nghiệp - Thời gian Mô-đun: 240 giờ + Thời gian học lý thuyết: 45 giờ + Thời gian học thực hành: 195 giờ - Vi trí, tính chất Mô-đun: + Vị trí: Mô đun này học sau các môn học An toàn lao động, Mạch điện và mô đun Đo lường điện. + Tính chất: Là mô-đun chuyên môn nghề, thuộc mô-đun đào tạo nghề bắt buộc. - Mục tiêu Môđun: Sau khi hoàn tất mô-đun này, học viên có năng lực: + Mô tả được cấu tạo, phân tích nguyên lý của các loại máy điện + Vẽ được sơ đồ khai triển dây quấn máy điện + Tính toán được các thông số kỹ thuật trong máy điện. + Quấn lại được động cơ một pha, ba pha bị hỏng theo số liệu có sẵn. + Tính toán được quấn máy biến áp công suất nhỏ. + Chủ động lập kế hoạch, dự trù được vật tư, thiết bị. + Phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và tư duy khoa học trong công việc - Nội dung tổng quát và phân phối thời gian Mô-đun:

Số

Thời gian Tên các bài trong mô đun

Tổng số

Lý thuyết

1

Bài mở đầu: Khái niệm chung về máy điện.

04

04

2

Máy biến áp.

66

3

Máy điện không đồng bộ.

4 5

TT

Thực hành

Kiểm tra*

10

50

6

90

13

70

7

Máy điện đồng bộ.

40

8

30

2

Máy điện một chiều.

40

10

26

4

Tổng

240

45

176

19

6

- Hướng dẫn sử dụng bài giảng Mô-đun: + Trước khi giảng dạy, giáo viên cần căn cứ vào nội dung của từng bài học để chuẩn bị đầy đủ các điều kiện cần thiết nhằm đảm bảo chất lượng dạy học. + Bố trí thời gian thực hành các bài tập hợp lý. + Sử dụng các phương tiện trực quan để tăng cường hiệu quả của bài giảng: mô hình cắt bổ, các tranh ảnh, các slide, các đoạn clip (nếu có), … + Cần tập trung cả lớp để hướng dẫn ban đầu: Phần này giáo viên cần thao tác mẫu cho sinh viên quan sát. + Sau đó chia từng nhóm nhỏ thực hành. Tùy vào số lượng thiết bị hiện có của Trường để phân chia số lượng sinh viên thực tập trong mỗi nhóm (Mỗi nhóm nên tối đa là 3 sinh viên ), giáo viên nên quan sát từng nhóm và sửa sai tại chỗ (nếu có). + Cuối buổi học giáo viên cần tập trung cả lớp để rút kinh nghiệm: giáo viên cho sinh viên nêu lên những vướng mắc trong ca thực tập và đưa ra phương pháp khắc phục. + Ở mỗi bài học, học sinh phải hoàn thành sản phẩm theo yêu cầu của giáo viên đề ra (lót rảnh, làm khuôn, guồng dây, lồng dây, đai dây, đấu vận hành, …) và chấm điểm cụ thể trên sản phẩm của học sinh theo đúng các yêu cầu kỹ thuật. + Phải đảm bảo có tối thiểu 6 lần kiểm tra định kỳ sau khi kết thúc Mô-đun.

7

BÀI 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN A. Mục tiêu bài giảng - Phát biểu được các định luật điện từ trong máy điện - Phân tích được nguyên lý hoạt động của máy phát và động cơ điện - Giải thích được quá trình phát nóng và làm mát của máy - Phát huy tính tích cực, chủ động, cẩn thận trong công việc. B. Nội dung chính 1. Các định luật điện từ dùng trong máy điện.1.1. Lực điện từ Lực điện từ có ứng dụng rất rộng rãi trong kỹ thuật, là cơ sở để chế tạo máy điện và khí cụ điện. Trường hợp đơn giản nhất là lực của từ trường tác dụng lên dây dẫn thẳng mang dòng điện. Nếu một dây dẫn thẳng có dòng điện vuông góc với đường sức của từ trường, thanh dẫn sẽ chịu tác động của lực điện từ là: F = B.i.l (N)

Hình 1.1 Qui tắc bàn tay trái chỉ chiều của lực từ Trong đó: F: Lực điện từ (N) B: cường độ từ cảm (T) i: Cường độ dòng diện (A) l: chiều dài nằm trong từ trường (m) Chiều của lực điện từ được xác định bằng qui tắc bàn tay trái: Ngửa bàn tay trái cho đường sức từ (hoặc véc tơ từ cảm B) xuyên qua lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay chỉ chiều dòng điện thì ngón tay cái choãi ra chỉ chiều lực điện từ. 1.2. Hiện tượng cảm ứng điện từ (Định luật Faraday) * Định luật Faraday. Khi từ thông qua một vòng dây biến thiên sẽ làm xuất hiện một sđ.đ trong vòng dây, gọi là suất điện động cảm ứng. Sức điện động cảm ứng có chiều sao cho chiều dòng điện do nó sinh ra có tác dụng chống sự biến thiên từ thông đã sinh ra nó.

* Trường hợp từ thông biến thiên xuyên qua vòng dây (định luật lenxơ): 8

Khi từ thông biên thiên xuyên qua vòng dây dẫn thì trong vòng dây sẽ cảm ứng một sức điện động chiều của sức điện động được xác định theo quy tắc vặn nút chai, trị số được viết theo công thức Maxwell:

Hình 1.2 Xác định chiều của sức điện động theo qui tắc vặn nút chai e

d dt

Nếu cuộn dây có w vòng, sđđ cảm ứng của cuộn dây sẽ là: e

w.d d  dt dt

Trong đó:   w. là từ thông móc vòng của cuộn đây đơn vị là Webe (Wb) 1.3. Sức điện động cảm ứng khi dây dẫn chuyển động cắt từ trường. Một thanh dẫn có chiều dài l, chuyển động với vận tốc v vuông góc với đường sức của từ trường (thường gặp trong máy phát điện), trong thanh dẫn sẽ cảm ứng sđđ e ở trong một từ trường đứng yên có từ cảm B. e = B.v.l (v và B hợp với nhau 1 góc 90). Trong đó: B: là cảm ứng từ tính bằng T (tesla). L: chiều dài của thanh dẫn nằm trong từ trường, đo bằng mét (m). v: vận tốc thanh dẫn đo bằng m/s. Chiều của s.đ.đ cảm ứng được xác định theo qui tắc bàn tay phải: Cho các đường sức từ đâm vào lòng bàn tay phải, chiều ngón tay cái choải ra chỉ chiều chuyển động của thanh dẫn thì chiều từ cổ tay đến ngón tay chỉ chiều sức điện động.

9

Hình 1.3 Qui tắc bàn tay phải 1.4. Tự cảm và hổ cảm. 1.4.1. Hiện tượng tự cảm. Hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ trong một mạch điện do chính sự biến đổi của dòng điện trong mạch gây ra. Suất điện động tự cảm: Suất điện động tự cảm là suất điện động xuất hiện trong hiện tượng tự cảm. Kí hiệu: εtc.

e tc   L

Di Dt

L : Độ tự cảm : H. ∆i = i1- i2: Độ biến thiên dòng trong thời gian ∆t : A εtc : Suất điện động tự cảm : V 1.4.2. Hiện tượng hỗ cảm. Giả sử có 2 mạch điện kín C1 và C2 đặt cạnh nhau trong đó các dòng điện cường độ I1 và I2 chạy qua như hình vẽ:

Hình 1.4 Dòng điện hổ cảm Nếu ta làm biến đổi cường độ dòng điện chạy trong các mạch đó thì từ trường do mỗi mạch sinh ra và gửi qua diện tích của mạch kia sẽ thay đổi theo. Kết quả là trong cả 2 mạch đều xuất hiện dòng điện cảm ứng. Hiện tượng này gọi là hiện tượng hỗ cảm, và các dòng điện cảm ứng đó gọi là các dòng điện hỗ cảm. Hiện tượng hỗ cảm được ứng dụng để chế tạo máy biến thế. Ðó là một dụng cụ rất quan trọng trong kỹ thuật điện. Ngoài ra còn ứng dụng trong phát thanh, truyền hình qua không gian...

10

2. Định nghĩa và phân loại máy điện. 2.1. Khái niệm. Máy điện là thiết bị điện từ, hoạt động dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. Máy điện gặp nhiều trong các ngành kinh tế như công nghiệp, giao thông vận tải…và trong các dụng cụ sinh hoạt gia đình. 2.2. Phân loại.

Hình 1.5 Sơ đồ phân loại máy điện Máy điện có nhiều loại khác nhau và có nhiều cách phân loại: theo công suất, cấu tạo, theo chức năng, theo dòng điện (xoay chiều, 1 chiều) và nguyên lí làm việc vv…  Theo chức năng:  Các loại máy phát điện để biến cơ năng thành điện năng.  Các loại động cơ điện để biến điện năng thành cơ năng.  Các loại máy biến áp để truyền tải và phân phối điện năng.  Theo cấu tạo và trạng thái làm việc có thể phân ra làm các loại sau:  Máy điện đứng yên: Máy biến áp.  Máy điện quay: Dựa vào lưới điện chia thành 2 loại nhỏ: máy điện xoay chiều và máy điện một chiều. Máy điện xoay chiều có thể phân thành máy điện đồng bộ, máy điện không đồng bộ và máy điện xoay chiều có vành góp. 3. Nguyên lý máy phát điện và động cơ điện. 3.1. Nguyên lý máy phát điện và động cơ điện. Máy phát điện và động cơ điện hầu hết hoạt động dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. * Máy làm việc ở chế độ máy phát: Máy gồm một khung dây abcd hai đầu nối với hai phiến góp, khung dây và phiến góp được quay quanh trục của nó với vận tốc không đổi trong từ trường của hai cực nam 11

châm vĩnh cửu. Theo định luật cảm ứng điện từ trong thanh dẫn sẽ cảm ứng lên sức điện động: e = B.l.v (V). B: Từ cảm nơi thanh dẫn quét qua (T). L: Chiều dài của thanh dẫn trong từ trường (m). Nếu mạch ngoài khép kín qua tải thì sức điện động trong khung dây sẽ sinh ra ở mạch ngoài một dòng điện chạy từ A đến B. Máy làm việc ở chế độ máy phát điện biến cơ năng thành điện năng.

Hình 1.6 Nguyên lý làm việc của máy phát *Máy làm việc ở chế độ động cơ điện: Nếu ta cho dòng điện một chiều đi vào khung dây vào chổi than A và ra ở B. Dưới tác dụng của từ trường sẽ có lực điện từ F = B.i.l tác dụng lên cạnh khung dây. Chiều của lực điện từ được xác định bằng qui tắc bàn tay trái, các lực F tạo thành mô men quay rotor với vận tốc v. Khi rotor quay cắt các đường sức từ sinh ra sức điện động E có chiều ngược với chiều dòng điện. Máy đã biến điện năng thành cơ năng.

Hình 1.7 Nguyên lý làm việc của động cơ điện. 12

3.2. Tính thuận nghịch của máy điện. Nguyên lý làm việc của các máy điện dựa trên cơ sở định luật cảm ứng điện từ. Sự biến đổi năng lượng trong máy điện được thực hiện thông qua từ trường. Để tạo được từ trường người ta dùng vật liệu sắt từ để làm mạch từ. - Ở các máy biến áp mạch từ là một lõi thép đứng yên. - Trong các máy điện quay mạch từ gồm hai lõi thép đồng trục: một quay và một đứng yên và cách nhau một khe hở. Theo tính chất thuận nghịch của định luật cảm ứng điện từ máy điện có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ điện như đã xét ở trên. 4. Sơ lượt về các vật liệu chế tạo máy điện. 4.1. Vật liệu dẫn từ. Người ta dùng những lá thép kĩ thuật, thép lá thông thường là thép đúc, thép rèn để chế tạo mạch từ. Để giảm tổn hao do dòng điện xoáy, các lá tôn silic trên thường phủ một lớp sơn cách điện mỏng sau đó mới được ghép chặt với nhau. 4.2. Vật liệu dẫn điện. Đồng (Cu) và nhôm (Al) là 2 kim loại dẫn điện thông dụng. Chúng có điện trở bé, chống ăn mòn tốt, tùy theo yêu cầu về cách điện và độ bền cơ học ta dùng hợp kim của đồng và nhôm. 4.3. Vật liệu cách điện. - Dùng trong máy điện phải đạt yêu cầu: + Cường độ cách điện cao. + Chịu nhiệt tốt, tản nhiệt dễ dàng. + Chống ẩm ướt, độ bền cơ học cao. - Các chất cách điện dùng trong máy phát điện có thể ở thể hơi và thể rắn, thể lỏng. - Các chất cách điện ở thể rắn chia làm 4 loại: + Các chất hữu cơ thiên nhiên như: vải, lụa.. + Các chất vô cơ như: mica, amiăng, sợi thủy tinh… + Các chất tổng hợp. + Các chất men, sợi cách điện, các chất tẩm sấy từ các vật liệu thiên nhiên và tổng hợp. 5. Phát nóng và làm mát máy điện. Các tổn thất trong quá trình biến đổi năng lượng của MĐ biến thành nhiệt năng làm nóng các bộ phận cấu tạo MĐ. Tổn hao nhiều và khi tải nặng thì máy càng nóng. Nhiệt độ của MĐ phụ thuộc vào chế độ làm việc: liên tục, ngắn hạn hoặc ngắn hạn lặp lại. Vì kích thước và chế độ làm việc nhất định nên khi sử dụng không vượt quá giá trị 13

định mức trên máy. Nếu máy được tản nhiệt ra môi trường tốt thì công suất tăng, khả năng mang tải nhiều hơn. Ta có các chế độ làm việc của máy điện như sau: 5.1. Chế độ làm việc định mức liên tục. Ở chế độ này, nhiệt độ tăng của máy phát đạt tới giá trị xác lập (với điều kiện tăng nhiệt độ của môi trường không đổi). 5.2. Chế độ làm việc định mức ngắn hạn. Thời gian làm việc của máy không đủ dài để các bộ phận của máy đạt tới giá trị xác lập và sau đó thời gian máy nghỉ đủ dài để nhiệt độ hạ xuống bằng nhiệt độ môi trường xung quanh. 5.3. Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại. Thời gian máy làm việc và nghỉ trong một chu kì không đủ dài để nhiệt độ các bộ phận của máy đạt đến giá trị xác lập. Chế độ này đặc trưng bằng tỉ số giữa thời gian làm việc và thời gian của một chu kì làm việc và nghỉ. Các tỉ số được chế tạo với 15%, 25%, 40%, 60%. Chú ý: Máy điện được chế tạo để dùng ở chế độ làm việc định mức liên tục. Các phương pháp làm mát máy điện. - Máy điện làm mát tự nhiên: Không có bộ phận thổi gió làm lạnh, nên công suất giới hạn trong khoảng (vài chục  vài trăm)W nên có cánh tản nhiệt để tăng thêm bề mặt tản nhiệt. - Máy điện làm mát trong: Có quạt gió đặt đầu trục thổi vào trong máy. Đối với máy công suất nhỏ, chiều dài nhỏ hơn 200  250 mm, gió chỉ thổi dọc trục theo khe hở giữa stato và Rôto và theo các rãnh thông gió dọc trục ở lõi thép Stato và Rôto. Khi công suất máy lớn, chiều dài của máy tăng thì nhiệt độ dọc chiều dài của máy sẽ không đều. Vì vậy phải tạo rãnh thông gió ngang trục. Lõi thép chia thành từng đoạn dài khoảng 4 cm và khe hở giữa các đoạn khoảng 1 cm. Gió sẽ đi vào hai đầu rồi theo các rãnh ngang trục và thoát ra ở giữa thân máy để trở về hai đầu. - Máy điện tự làm mát mặt ngoài: Máy thuộc kiểu kín. Ở đầu trục bên ngoài máy có gắn quạt gió và nắp quạt gió để hướng thổi dọc mặt ngoài của thân máy. Để tăng diện tích của bề mặt máy lạnh thân máy được đúc có cánh tản nhiệt, có đặt quạt gió để tăng tốc độ gió trong máy, do đó tăng thêm sự trao đổi nhiệt giữa vỏ và lõi. - Máy nhiệt làm mát độc lập: Ở các máy lớn, quạt thường được đặt riêng ở ngoài để hút gió đưa nhiệt lượng trong máy ra ngoài. Để tránh hút bụi vào máy có thể dùng hệ thống làm lạnh riêng. Trong trường hợp đó, không khí hoặc khí làm lạnh sau khi ở máy ra được đưa qua bộ phận làm lạnh rồi lại được đưa vào máy theo chu trình kín. - Máy điện làm mát trực tiếp: Khi công suất của máy điện lớn, khoảng 300  500 ngàn kW thì hệ làm lạnh kín bằng khí hyđrô vẫn không đủ hiệu lực. Đối với các máy điện đó, dây quấn được chế tạo bằng các thanh dẫn rỗng trong có nước hoặc dầu chạy qua để được làm lạnh trực tiếp. Như vậy nhiệt lượng của dây quấn không phải truyền qua chất cách điện mà được nước hoặc dầu trực tiếp đem ra ngoài do đó có thể tăng mật độ dòng điện trong thanh dẫn lên 3 đến 4 lần và giảm kích thước máy, tiết kiệm vật liệu chế tạo. 14

C. Câu hỏi, bài tập. Câu 1: Hiện tượng cảm ứng điện từ có ứng dụng gì trong ngành điện ?. Câu 2: Nguyên lý hoạt động của động cơ dựa trên các định luật và qui tắc nào?, giải thích. Câu 3: Nguyên lý hoạt động của máy phát điện dựa trên các định luật và qui tắc nào?, giải thích?

15

BÀI 2: MÁY BIẾN ÁP A. Mục tiêu bài giảng. - Xác định được cực tính và đấu dây vận hành máy biến áp một pha, ba pha đúng kỹ thuật. - Đấu máy biến áp vận hành song song các máy biến áp. - Tính toán được các thông số của máy biến áp ở các trạng thái: không tải, có tải, ngắn mạch. - Quấn lại được máy biến áp một pha cỡ nhỏ - Chọn lựa đúng máy biến áp phù hợp với mục đích sử dụng. Bảo dưỡng và sửa chữa máy biến áp theo yêu cầu. - Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, chính xác, tư duy khoa học và sáng tạo. B. Nội dung chính. 1. Khái niệm chung. 1.1. Định nghĩa. Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, biến đổi 1 hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành điện áp khác với tần số không đổi. 1.2. Công dụng của máy biến áp Dùng truyền tải và phân phối điện năng trong hệ thống điện. Ngoài ra máy biến áp còn được sử dụng rộng rải trong kỹ thuật hàn, thiết bị lò nung, trong kỹ thuật vô tuyến điện, trong lĩnh vực đo lường. trong các thiết bị tự động, làm nguồn cho thiết bị điện, điện tử, trong thiết bị sinh hoạt gia đình v.v. 1.3. Các loại máy biến áp. - Máy biến áp điện lực: Dùng để truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống điện lực. - Máy biến áp chuyên dùng: Dùng cho các lò luyện kim, cho các thiết bị chỉnh lưu, máy biến áp hàn điện, … - Máy biến áp tự ngẫu: Biến đổi điện áp trong một phạm vi không lớn, dùng để mở máy các động cơ điện xoay chiều. - Máy biến áp đo lường: Dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn khi đưa vào các đồng hồ đo. - Máy biến áp thí nghiệm: Dùng để thí nghiệm các điện áp cao. 2. Cấu tạo của máy biến áp. Gồm hai bộ phận chính: Lõi thép và dây quấn. 2.1. Lõi thép. Dùng để dẫn từ thông chính của máy, được chế tạo từ vật liệu dẫn từ tốt, thường là thép kỹ thuật điện mỏng ghép lại. 16

Lõi thép gồm hai bộ phận: - Trụ: Là nơi để đặt dây quấn. - Gông: Là phần khép kín mạch từ giữa các trụ. Trụ và gông tạo thành mạch từ khép kín. Để giảm dòng điện xoáy trong lõi thép, người ta dùng thép lá kỹ thuật điện (dày khoảng 0,35mm đến 0,5mm, mặt ngoài có sơn cách điện ) ghép lại với nhau thành lõi thép. Các dạng lá thép kỹ thuật điện thường sử dụng có hình chữ U, E, I như hình vẽ:

Hình 2.1 Các dạng lá thép máy biến áp. 2.2. Dây quấn. Được chế tạo bằng dây đồng hoặc nhôm có tiết diện tròn hoặc chữ nhật, bên ngoài dây dẫn có bọc cách điện. Dây quấn gồm nhiều vòng dây và được lồng vào trụ lõi thép. Giữa các vòng dây quấn có cách điện với nhau và cách điện với lõi thép. Máy biến áp thường có hai hoặc nhiều dây quấn. Để làm mát và tăng cường cách điện cho máy biến áp, người ta thường đặt lõi thép và dây quấn trong một thùng dầu máy biến áp. Máy biến áp công suất lớn, vỏ thùng dầu có cánh tản nhiệt, ngoài ra còn có các đầu sứ để nối các đầu dây quấn ra ngoài, bộ phận chuyển mạch để điều chỉnh điện áp, rơle hơi để bảo vệ máy. Máy biến áp có công suất nhỏ thì làm mát bằng không khí. Máy có công suất lớn thì làm mát bằng dầu, vỏ thùng có cánh tản nhiệt. Ngoài ra máy biến áp còn có phần vỏ bọc bảo vệ và các phụ kiện đi kèm. 3. Các đại lượng định mức của máy biến áp. * Công suất định mức Sđm. Là công suất toàn phần (hay công suất biểu kiến hay dung lượng) đưa ra ở dây quấn thứ cấp máy biến áp, tính bằng VA hoặc KVA. Công thức tổng quát như sau: Sđm = m. Ufđm.I fđm với m là số pha của máy biến áp. * Điện áp định mức ở các cuộn dây sơ cấp và cuộn thứ cấp. Điện áp dây sơ cấp định mức U 1đm là điện áp dây quấn sơ cấp tính bằng (V) hay (kV). 17

Điện áp dây thứ cấp định mức U 2đm là điện áp của dây quấn thứ cấp khi máy biến áp không tải và điện áp đặt vào dây sơ cấp là định mức, tính bằng (V) hay (kV). * Dòng điện định mức ở các cuộn dây sơ cấp và cuộn thứ cấp. Dòng điện dây định mức sơ cấp I 1đm và thứ cấp I2đm là những dòng điện dây của dây quấn sơ cấp và thứ cấp ứng với công suất và điện áp định mức, tính bằng (A) hay (KA). Đối với mba 1 pha:

Đối với mba 3 pha:

* Tần số định mức. Các loại máy biến áp có tần số công nghiệp là 50 Hz. Ngoài ra trên nhãn mba còn ghi các số liệu khác như: số pha (m), tổ nối dây quấn, điện áp ngắn mạch U n%, chế độ làm việc, cấp cách điện, phương pháp làm nguội. 4. Nguyên lí làm việc của máy biến áp.

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý máy biến áp Khi đặt một điện áp xoay chiều U 1 vào dây quấn W1 xuất hiện dòng điện I1, trong lõi thép sinh ra từ thông  móc vòng cả hai dây quấn W1 và W2 làm xuất hiện suất điện động cảm ứng e1 và e2 trong cả hai dây quấn. Dây quấn W2 sinh ra từ trường dòng điện I2 đưa ra tải với điện áp U 2. Như vậy năng lượng của dòng điện xoay chiều đã được truyền từ dây quấn W1 sang dây quấn W2. Giả sử điện áp đặt vào có dạng hình sin thì từ thông do nó sinh ra cũng là hình sin:  = m.sinω.t. Theo định luật cảm ứng điện từ, suất điện động cảm ứng trong dây quấn W1 và W2 là: e1 = - w1

d  dt

- w1

d m sin .t = - w1 ω. mcos ωt dt

= w1 ω. m.sin (ω.t – /2) = e2 = - w2

d dt

w2

E1msin(ω.t

– /2).

d m sin .t = - w2 .ω. mcos ωt dt

18

(2-1)

= w2 .ω. m.sin (ω.t – /2)= E 2msin(ω.t – /2).

(2-2)

Trị số hiệu dụng:

E1 

E1m w1 m 2f1w1 m    2.w1f1 m 2 2 2

(2-3)

E2 

E 2m w2 m 2f1w2 m    2.w2f1 m 2 2 2

(2-4)

Từ (2-1) và (2-2) cho thấy suất điện động trong dây quấn chậm pha so với từ thông sinh ra nó một góc /2. Từ (2-3) và (2-4) tỉ số mba 1 pha định nghĩa như sau: K=

E1 w1  E 2 w2

(2-5)

Nếu không kể điện áp rơi trên dây quấn, K là tỉ số điện áp giữa dây quấn 1 và dây quấn 2. E

U

K = E12  U12  Nếu

U1 < U2 ta

có mba tăng áp,

U1

I I

2 1

>

U2

có mba áp giảm áp.

5. Mô hình toán và sơ đồ thay thế của máy biến áp. 5.1. Các phương trình cân bằng điện từ của máy biến áp:

Hình 2.3 Nguyên lý hoạt động máy biến áp Theo quy tắc vặn nút chai, chiều φ phù hợp với chiều i1, e1 và i1 cùng chiều. Chiều i2 được chọn ngược với chiều e2 nghĩa là chiều i2 không phù hợp với chiều φ theo quy tắc vặn nút chai. Trong máy biến áp còn có từ thông tản φt1, φt2.Từ thông tản khép mạch qua các vật liệu không sắt từ, có độ dẫn từ kém, do đó từ thông tản nhỏ hơn rất nhiều so với từ thông chính.Từ thông tản chỉ móc vòng riêng rẽ với mỗi dây quấn. Từ thông tản được đặc trưng bằng điện cảm tản . Điện cảm tản dây quấn sơ cấp L1 : L1 =

 t1 i1

Điện cảm tản dây quấn thứ cấp L2 : L2=

t 2 i2

19

5.2. Phương trình điện áp sơ cấp Xét mạch điện sơ cấp, gồm nguồn điện áp u 1, sức điện động e1, điện trở dây quấn R1 điện cảm tản sơ cấp L1. Áp dụng định luật Kiếchốp 2 dạng phức cho mạch điện R1 .i1  L1

di1  u1  e1 dt

Hoặc chuyển vế ta được u1  R1 .i1  L1

di1  e1 dt

Tổng trở viết dưới dạng phức: 

Z1  R1  j.L1  R1  jX 1 .

Trong đó X1 = L1 . ω .

.

U 1  R1 .i1  jX 1 I 1  E1  Z1 . I 1  E1

5.3. Phương trình cân bằng điện áp trên dây quấn thứ cấp Xét mạch điện thứ cấp, gồm sức điện động e 2, điện trở dây quấn R2. Điện cảm tản sơ cấp L2. Áp dụng định luật Kiếchốp 2 dạng phức cho mạch điện R2 .i2  L2

di 2  u 2  e2 dt

Hoặc chuyển vế ta được u 2   R2 .i2  L2

di2  e2 dt

Tổng trở viết dưới dạng phức: 

Z 2  R2  j.L2  R2  X 2 .L2

Trong đó X2 = L2.ω là điện tản dây quấn thứ cấp .

.

U 2  E 2  R2 .i2  jX 2 I 2  E 2  Z 2 . I 2

Điện áp thứ cấp U2 chính là điện áp đặt tải lên do đó: U2 = Z2.I2 5.4. Phương trình sức từ động Điện áp lưới điện đặt vào máy biến áp U 1≈ E1 = 4.44 .f.W1φmax không đổi, cho nên từ thông chính φmax sẽ không đổi. Ở chế độ không tải, từ thông chính do sức từ động của dây quấn i0w0 sinh ra, còn chế độ có tải, từ thông chính do sức từ động cả 2 dây quấn sơ cấp và thứ cấp sinh ra. Sức từ động lúc có tải là i1w1 – i2w2. Phương trình sức từ động: I1 = I0 + I’2 20

' Trong đó I 2 

I2 ’ ; I 2: Dòng điện thứ cấp đã quy đổi về sơ cấp. k

5.5. Sơ đổ thay thế máy biến áp: Từ mô hình tính toán: 

.

.

.

U 1  Z 1 . I1  E 2 

.

.

.

U 2   Z 2 . I1  E 2 .

.

. '

I 1  I0  I 2 Ta xây dựng mô hình mạch điện, gọi là sơ đồ điện, gọi là sơ đồ thay thế, phản ảnh đầy đủ quá trình năng lượng trong máy biến áp, thuận lợi cho việc phân tích nghiên cứu của máy biến áp. 

.

.

.

Ta xét phương trình U 1  Z1 . I 1  E 2 , vế phải phương trình gồm Z1I1 là điện áp rơi trên tổng trở dây quấn Z1 và (-E2) chính là điện áp rơi trên tổng trở Z th đạc trưng cho từ thông chính, và tổn hao sắt từ. Vì từ thông chính do dòng điện không tải I 0 sinh ra do đó ta có thể viết: .

.



.

 E   R th  jX th . I  Z th . I

Trong đó: Zth = Rth + jXth Trong đó Zth là tổng trở từ hóa đặc trưng cho mạch từ. Rth là điện trở từ hóa đạc trưng cho tổn hao sắt từ DPst = Rth.I20 Xth là điện kháng từ hóa đạc trung cho từ thông chính U1 = Z1.I1 + Zth. I0 U2 = Zth.I0 + Z’2. I’ 2 I1 = I0 + I’2 Sơ đồ gần đúng được sử dụng nhiều trong tính tóan các đặc tính của máy. R n  R 1  R '2

X n  X1  X '2

6. Các chế độ làm viêc của máy biến áp: Sơ đồ thay thế của MBA 1 pha

21

Hình 2.4 Sơ đồ thay thế máy biến áp  X1; R1: Điện kháng và điện trở của cuộn sơ cấp.  X2/ ; R2/ : Điện kháng và điện trở của cuộn thứ cấp đã qui đổi về sơ cấp.  Xm; Rm: Điện kháng và điện trở của mạch từ.  I1: Dòng điện trong mạch sơ cấp.  Im: Dòng điện trong mạch từ.  I2/ : Dòng điện thứ cấp qui đổi.  U1: Điện áp đưa vào mạch sơ cấp.  U2/ : Điện áp thứ cấp qui đổi. Qui ước: Sơ đồ tương đương cuả MBA là 1 mạng 2 cửa với U1  U2, nên sẽ gặp khó khăn trong vấn đề tính toán các thông số của máy. Để đơn giản hóa vấn đề trên, khi thành lập sơ đồ thay thế, người ta có những qui ước sau: - Xem như điện áp ra và điện áp vào của máy là bằng nhau: U2/ = U1 và I2/ = I1 ; ta có: U1 = U2. KBA và I1 = Suy ra:

I2 ; K BA

U2/ = U2. KBA và I2/ =

I2 K BA

- Từ đó ta có các hệ quả: Z2/ = Z2. KBA2 . Hay là: R2/ = R2. KBA2 và X2/ = X2. KBA2 Với: R2; X2 lần lượt là điện trở và điện kháng thật của cuộn thứ cấp. - Theo lý thuyết mạch điện ta cũng có các biểu thức: Z1 = R12  X 12 ; Zm =

R m2  X m2

; Z2/ = R 2/ 2  X 2/ 2

22

6.1. Chế độ không tải. Là trạng thái mà điện áp đưa vào sơ cấp là điện mức và phía thứ cấp hở mạch. Có thể khái quát trạng thái như sau: U1 = U1đm; I2 = 0 Do không nối với tải (hở mạch phía thứ cấp) nên cuộn thứ cấp không tham gia trong mạch. Mặt khác, tổng trở mach từ rất lớn hơn tổng trở cuộn dây sơ cấp nên có thể xem như cuộn sơ cấp cũng không tồn tại, ta có các sơ đồ tương đương như hình 1.5a và 1.5b. Từ sơ đồ tương đương ta tính được: - Dòng điện không tải (dòng điện từ hóa):

Hình 2.5 Sơ đồ thay thế MBA không tải I0 = Im =

U 1dm = (3 –10)%. I1đm. Zm

- Tổn hao không tải (tổn hao từ hóa): P0 = I02. Rm = U1đm. I0. Cos 0. R

R

0 m (với: Cos0 = Z  Z ). 0 m

Kết luận: Khi MBA không tải vẫn tiêu thụ một lượng công suất tác dụng để từ hóa mạch từ và tồn tại dòng điện không tải trong cuộn sơ cấp. Tổn hao không tải thường gọi là tổn hao sắt từ: 6.2. Chế độ ngắn mạch. * Khái niệm về hiện tượng: MBA đang vận hành với các thông số định mức mà phía thứ cấp bị ngắn mạch thì gọi là ngắn mạch sự cố hay ngắn mạch vận hành. Trường hợp này sẽ gây nguy hiểm cho máy bởi dòng điện ngắn mạch sinh ra cực lớn. Thông thường, người ta sử dụng các thiết bị tự động (CB, FCO, máy cắt) để cắt MBA ra khỏi mạch khi gặp sự cố nói trên. Ngoài ngắn mạch sự cố, khi chế tạo và vận hành MBA; Người ta tiến hành ngắn mmạch thí nghiệm để kiểm nghiệm và xác định các thông số của máy. 23

Hình 2.6 Các trạng thái ngắn mạch của máy biến áp * Ngắn mạch thí nghiệm: Là trạng thái mà phía thứ cấp được nối ngắn mạch và điện áp đưa vào sơ cấp được giới hạn sao cho dòng điện ngắn mạch sinh ra bằng dòng điện sơ cấp định mức. Trạng thái được khái quát: U2 = 0; U1 = Un = (3 – 10)%U1đm;  I2 = IN = I1đm Khi tiến hành thí nghiệm ngắn mach, do điện áp nguồn rất thấp nên dòng điện không tải I0 không đáng kể có thể bỏ qua (hở mạch từ hóa), nên sơ đồ thay thế có dạng như:

Hình 2.7 Sơ đồ thay thế máy biến áp khi ngắn mạch Từ sơ đồ thay thế ta đặt:Rn = R1 + R2/; Xn = X1 + X2/;ta có sơ đồ thay thế sau:

Hình 2.8 Sơ đồ rút gọn thay thế MBA chế độ ngắn mạch Từ sơ đồ trên ta tính được: - Tổng trở ngắn mạch: Zn =

R n2  X n2

=

Un . I 1dm

24

- Tổn hao ngắn mạch: Pn = I1đm2. Rn = Un. I1đm. Cos n. Rn

(với: Cos0 = Z ). n - Nếu R1 = R2/; R1 = R2/ =

Rn 2

X1 = X2/ =

Xn 2

X1 = X2/ thì:

- Sụt áp trên các phần tử: UnR = I1đm. Rn. UnR% =

U nR I 1dm . 100 = R .100. U 1dm n U 1dm

UnX = I1đm. Xn. UnX% =

U nX I 1dm . 100 = X .100. U 1dm n U 1dm

* Kết luận: Tổn hao ngắn mạch trong MBA chủ yếu là do 2 bộ dây quấn gây nên. Tổn hao này còn gọi là tổn hao đồng: Pn = DPCu = DPCu1 + DPCu2 Ví dụ1 : Một MBA 1 pha có SBA = 100KVA; KBA =

U1 10.000 = ; I0 = 0,05Iđm. U2 400

Các tổn hao P0 = 800W; Pn = 2400W; Điện áp ngắn mạch thí nghiệm Un% = 4. Giã sử R1 = R2/; X1 = X2/; R0 = Rm; X0 = Xm. Hãy tính. a. Các tham số lúc không tải của máy. b. Hệ số công suất lúc không tải. c. Các tham số ngắn mạch của máy. Giải: Dòng điện sơ cấp định mức: I1đm =

S dm 100.10 3 = = 10A. U 1dm 10.10 3

Dòng điện không tải: I0 = 0,05Iđm = 0,05. 10 = 0,5A. a. Các tham số không tải: - Từ biểu thức P0 = I0đm. Rm. - Điện trở mạch từ: Rm =

P0 I

2 0

800

= 0,6 2 = 3200.

- Tổng trở mạch từ được tính: Zm =

U 1dm 10000 = 0,5 = 20.000. I0

25

- Điện kháng mạch từ: Xm =

Z m2  R m2

=

20.000 2  3200 2

Rm

= 19.742.

3200

b. Hệ số công suất lúc không tải: Cos0 = Z = = 0,16. 20.000 m c. Các tham số ngắn mạch: - Điện áp ngắn mạch thí nghiệm được tính: Un = 0,04. 10000 = 400V. - Điện trở ngắn mạch: Rn =

Pn I

2 1dm

=

- Điện trở các cuộn dây: R1 = R2/ = - Tổng trở ngắn mạch: Zn =

2400 = 24. 10 2

Rn 24 = = 12. 2 2

Un 400 = = 40. I 1dm 10

- Điện kháng ngăn mạch: Xn =

Z n2  R n2

- Điện kháng các cuộn dây: X1 = X2/ =

=

40 2  24 2

= 32.

Xn 32 = = 16. 2 2

* Điện áp trên các phần tử: - Sụt áp trên điện trở: UnR = I1đm. Rn = 10. 24 = 240V. - Tính theo tỉ lệ phần trăm: UnR% =

U nR 240 . 100 = . 100 = 2,4%. U 1dm 10.000

- Sụt áp trên điện kháng: UnX = I1đm. Xn = 10. 32 = 320V. 6.3. Chế độ có tải. Khi MBA mang tải điện áp trên tải sẽ sụt một lượng DU so với lúc không tải, lượng sụt áp này phụ thuộc vào độ lớn và tính chất của tải. Đặc tính ngoài của MBA được biểu diễn như đồ thị:

26

Hình 2.9 Đặc tính làm việc của MBA ở chế độ có tải Từ đồ thị ta được:

U2 = U2đm – DU

DU =  (UnR. Cos2 + UnX. Sin2) DU% =  (UnR% . Cos2 + UnX% . Sin2) Với: I2

S2

= I = S : Là hệ số phụ tải, đặc trưng cho độ lớn của phụ tải. 2 dm 2 dm Cos2: Hệ số công suất của phụ tải. 2: Góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện trên tải, đặc trưng cho tính chất phụ tải. * Độ lớn phụ tải được thể hiện qua hệ số  như sau: - Máy biến áp non tải: I2 < I2đm   < 1  DU giảm; U2 tăng. - Máy biến áp đầy tải: I2 = I2đm   = 1  DU = DUđm ; U2 = const. - Máy biến áp quá tải: I2 > I2đm   > 1  DU tăng; U2 giảm. * Tính chất phụ tải được thể hiện qua góc lệch pha 2 : - Khi tải có tính cảm kháng: Sin > 0  DU > 0  U2 < U2đm. - Khi tải có tính dung kháng: Sin < 0  DU < 0  U2 > U2đm. (tính chất bù). * Tổn hao và hiệu suất. Khi MBA làm việc tổn hao trong máy bao gồm: tổn hao trong mạch từ và 2 bộ dây quấn. Tổn hao trong mạch từ không phụ thuộc vào tải nên còn gọi là tổn hao không đổi. Còn tổn hao trong 2 bộ dây quấn phụ thuộc tải nên sẽ thay đổi khi tải của máy thay đổi. Vì vậy tổn hao này gọi là tổn hao biến đổi. 

Tổn hao công suất được tính:

DPBA = DPFe + DPCu1 + DPCu2 = P0 + 2. Pn * Hiệu suất của MBA: % = (1 –

% = (

P0   2 .Pn

 .S dm .Cos 2  P0   2 .Pn

). 100

 .S dm .Cos 2 ). 100  .S dm .Cos 2  P0   2 .Pn

27

Hình 2.10 Giản đồ năng lượng của MBA Điều kiện vận hành để đạt hiệu suất cực đại: Theo biểu thức 1.8b, ta thấy hiệu suất của MBA phụ thuộc vào hệ số phụ tải . Vì vậy nếu cho máy vận hành với hệ số phụ tải thích hợp nào đó sẽ có hiệu suất lớn nhất. Người ta đã chứng minh được. max   =

P0 Pn

Ví dụ2: Các giả thiết như ví dụ 1. Hãy tính: Điện áp trên tải khi định mức với Cos2 = 0,75 (chậm sau). Hiệu suất của máy ở tải S2 = 80% Sđm và Cos2/ = 0,8. Với tải là bao nhiêu thì hiệu suất cực đại? Tính giá trị hiệu suất đó. Ở trường hợp câu a, nếu dòng điện vượt trước điện áp thì kết quả thế nào. Giải: Trong ví dụ 1.1 đã giải được các kết quả: UnR% = 2,4%; UnX% = 3,2%; Theo đề bài ta có: P0 = 800W;

Pn = 2.400W;

U2đm = 400V.

Điện áp trên tải khi định mức: Do dòng điện tải chậm sau điện áp nên mạch có tính cảm kháng, nghĩa là Sin2 > 0. Vì vậy, ta có Cos2 = 0,75  Sin2 = 0,66. U2 = U2đm – DU DU% =  (UnR%. Cos2 + UnX%. Sin2) DU% = 1 (2,4. 0,75 + 3,2. 0,66) = 3,912%V. Suy ra DU = DU% U2đm = Vậy: Điện áp trên tải là:

3,912 . 400 = 15,65V 100

U2 = U2đm – DU = 400 – 15,65 = 384,35V.

Hiệu suất của máy khi S2 = 80% Sđm và Cos2/ = 0,8. S2

Hệ số phụ tải của MBA:  = S = 2 dm

0,8S 2 dm = 0,8. S 2 dm

28

%

 .S dm .Cos 2/ =( ). 100  .S dm .Cos 2  P0   2 .Pn 0,8.100.0,8

= 0,8.100.0,8  0,8  0,8 2 .2,4 . 100 = 96,48% Hiệu suất cực đại khi max   = max % = (

P0 = Pn

800 2400

= 0,58

 .S dm .Cos 2/ ). 100  .S dm .Cos 2  P0   2 .Pn 0,58.100.0,8

= 0,58.100.0,8  0,8  0,58 2 .2,4 . 100 = 96,65% Khi dòng điện vượt trước điện áp nghĩa là mạch có tính dung kháng: Sin2 < 0. Vì vậy, ta có Cos2 = 0,75  Sin2 = – 0,66. U2 = U2đm – DU DU% =  (UnR%. Cos2 + UnX%. Sin2) DU% = 1 (2,4. 0,75 + 3,2. (– 0,66)) = – 0,312%V. Suy ra DU = DU% U2đm = Vậy: Điện áp trên tải là:

 0,312 . 400 = – 1,25V 100

U2 = U2đm – DU = 400 – (– 1,25) = 401,25V.

Vậy khi tải có tính dung kháng thì điện áp trên tải tăng cao hơn lúc không tải. 7. Máy biến áp ba pha. 7.1. Khái niệm, phân loại MBA 3 pha dùng biến đổi nguồn điện AC 3 pha từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác và giữ nguyên tần số. Cơ bản về mặt cấu tạo MBA 3 pha cũng bao gồm các cuộn dây sơ cấp, thứ cấp quấn trên lõi thép. Tùy vào kết cấu của lõi thép mà người ta chia ra các loại MBA 3 pha như sau: MBA 3 pha tổ hợp: Còn gọi là MBA 3 pha có mạch từ riêng, bao gồm 3 lõi thép giống nhau, trên đó có quấn các cuộn sơ cấp, thứ cấp. Thông số của các cuộn dây cũng giống nhau hoàn toàn.

29

Hình 2.11 Máy biến áp ba pha tổ hợp Nói cách khác: đây chính là sự tổ hợp 3 MBA 1 pha giồng nhau hoàn toàn. Sơ đồ cấu tạo và sơ đồ nguyên lý như hình 2.11. MBA 3 pha 1 võ: Loại này chỉ dùng 1 mạch từ. Mạch từ thường có 3 trụ, mỗi trụ được bố trí dây quấn của 1 pha. Các thông số của bộ dây cũng được thiết kế giống nhau hoàn toàn. Sơ đồ cấu tạo và sơ đồ nguyên lý như hình 1.12. Về nguyên lý, MBA 3 pha hoàn toàn tương tự như MBA 1 pha đã xét.

Hình 2.12 Máy biến áp ba 1 võ 7.2. Phương pháp nối dây và tổ nối dây. Khái niệm về cực tính của MBA 3 pha Các cuộn dây trong MBA đều được qui ước cực tính; một đầu gọi là đầu đầu, thì đầu kia là đầu cuối. Nếu chỉ có 1 cuộn dây thì việc xác định cực tính là không cần thiết. Nhưng nếu có từ 2 cuộn dây trở lên cùng làm việc thì phải xác định chính xác cực tính của chúng. Cực tính cuộn dây sẽ quyết định chiều dòng điện chạy trong cuộn dây đó. Sau khi đã qui ước cực tính cho 1 cuộn dây nào đó, thì các cuộn dây còn lại xác định theo qui ước đó. 30

Trên sơ đồ, đầu đầu của cuộn dây được đánh dấu (*), còn đầu cuối thì bỏ trống. Tổ đấu dây Các cuộn dây của MBA 3 pha có thể đấu Y hoặc đấu D tùy vào điện áp định mức của các cuộn dây và điện áp cần cấp cho tải. - Tổ đấu dây được hình thành do sự phối hợp cách đấu dây ở sơ cấp và thứ cấp. Tổ đấu dây cho biết góc lệch pha giữa điện áp sơ cấp và điện áp thứ cấp, đồng thời cũng xác định được điện áp định mức của các cuộn dây cũng như điện áp định mức của MBA. Thường sử dụng các tổ đấu dây sau: - Tổ đấu dây Y/Y – 12: có các đặc điểm: Sơ cấp: đấu Y. Thứ cấp: đấu Y. Số 12: Cho biết điện áp thứ cấp trùng pha với điện áp sơ cấp. Tổ đấu dây này thường sử dụng cho các MBA phân phối ở mạng hạ thế.

Hình 2.13 Tổ đấu dây Y/Y - 12 - Tổ đấu dây Y/D – 11: Có các đặc điểm: Sơ cấp: đấu Y. Thứ cấp: đấu D. Số 11: Cho biết điện áp thứ cấp chậm pha 300 so với điện áp sơ cấp.

31

Hình 2.14 Tổ đấu dây Y/D - 11 Tổ đấu dây này thường sử dụng cho các MBA trong mạng trung thế truyền tải hoặc từ cao thế xuống trung thế. Qui ước xác định góc lệch pha: Dùng mặt số đồng hồ, với qui ước: Kim dài: Biểu thị góc pha của điện áp sơ cấp đặt cố định ở số 12. Kim ngắn: Là góc lệch pha của điện áp thứ cấp (so với sơ cấp) di chuyển ở các con số còn lại, mỗi con số cách nhau là 30 0. Hình 1.14a biểu thị góc lệch pha của tổ đấu dây Y/Y – 12, còn hình 1.14b biểu thị góc lệch pha của tổ đấu dây Y/D – 11

Hình 2.15 Xác định góc lệch pha ở tổ đấu dây - Tỉ số biến áp Trong MBA 3 pha các đại lượng định mức đều được tính bằng đại lượng dây, do vậy tỉ số MBA được định nghĩa. KBA3P =

U 1d U 2d

 Khi MBA sử dụng tổ đấu dây Y/ D – 11:

32

KBA3P =

U 1d = U 2d

3.U 1P = U 2P

3

.

n1 n2

 Khi MBA sử dụng tổ đấu dây Y/ Y – 12: KBA3P =

U 1d = U 2d

3.U 1P 3.U 2 P

=

n1 n2

Kết luận: Tỉ số biến áp ở máy biến áp 3 pha không chỉ phụ thuộc số vòng quấn mà còn phụ thuộc tổ đấu dây. - Nếu các đại lượng pha của máy là xác định, khi thay đổi tổ đấu dây thì phải thay đổi nguồn điện đặt vào MBA và điện áp ra của máy cũng sẽ thay đổi. - Ngược lại, khi nguồn điện và điện áp cần cấp cho tải đã xác định, thì phải tiến hành chọn tổ đấu dây phù hợp với yêu cầu. Giải mạch MBA 3 pha Vấn đề giải mạch MBA 3 pha để xác định các thông số kỹ thuật của chúng được tiến hành tương tự như MBA 1 pha, nhưng phải lưu ý một số điểm sau đây. - Về sơ đồ thay thế: Hoàn toàn tương tự như MBA 1 pha, nhưng đây là sơ đồ thay thế cho 1 pha của MBA 3 pha. Vì vậy các thông số điện áp, dòng điện trong sơ đồ phải tính theo đại lượng pha. - Dung lượng biến áp: Sđm3P =

3

.Ud. Id = 3. UP. IP.

- Điện áp định mức: U1đm = U1d; U2đm = U2d. Do vậy phải kết hợp với tổ đấu dây để tính đại lượng pha trước khi áp dụng sơ đồ thay thế. - Về tổ đấu dây: Lưu ý để tính điện áp vào và ra phù hợp cho máy. - P03P = 3. I02. Rm;

DU = DUP.

Pn3P = 3. I1đm2. Rn;

U1

6000V I0 U2 = 400V ; = 6%I1đm; P0 = 1000W; Pn = 4000W; Un = 5,5%; Tổ đấu dây Y/Y – 12. Giã sử R 1 = R2/; X1 = X2/; R0 = Rm; X0 = Xm. Hãy tính. Ví dụ: MBA 3 pha có các số liệu: Sđm = 180KVA;

Các tham số lúc không tải của máy. Hệ số công suất lúc không tải. Các tham số ngắn mạch của máy. Độ sụt áp DU% lúc tải định mức với Cos2 = 0,85 (chậm sau). Tính hiệu suất khi đó? Với tải bằng bao nhiêu thì hiệu suất cực đại. Tính hiệu suất ở tải S2 = 135KVA; Cos2/ = 0,7. Giải: Dòng điện sơ cấp định mức: I1đm =

S dm 3.U 1d

=

180.10 3 3.6.10 3

= 17,3A.

Do MBA có tổ đấu dây Y/Y – 12 nên Id = IP; Ud = 33

3

. UP; Ta có:



Điện áp pha phía sơ cấp: U1P =



Dòng điện không tải:

U 1d 3

=

6000 3

= 3464V

I0 = 0,06Iđm = 0,06. 17,3 = 1,04A. * Các tham số không tải: Từ biểu thức P0 = 3. I0đm. Rm. 

Điện trở mạch từ: Rm =

P0 3.I

Tổng trở mạch từ được tính: Zm =

1000

= 3.1,04 2 = 308.

2 0

U 1P 3464 = 1,04 = 3330. I0



Điện kháng mạch từ: Xm =



Hệ số công suất lúc không tải: Cos0 = Z = = 0,092. 3303 m

Z m2  R m2

=

3330 2  308 2

Rm

= 3315.

308

* Các tham số ngắn mạch: Điện áp ngắn mạch thí nghiệm được tính: Un = 0,0055. 3464 = 190,52V. Pn



Điện trở ngắn mạch: Rn =



Điện trở các cuộn dây: R1 = R2/ =

Tổng trở ngắn mạch: Zn =

3.I

2 1dm

=

4000 = 4,45. 3.17,3 2

Rn 4,45 = = 2,225. 2 2

Un 190,52 = 17,3 = 11. I 1dm



Điện kháng ngăn mạch: Xn =



Điện kháng các cuộn dây: X1 = X2/ =

=

Z n2  R n2

11 2  4,45 2

= 10,21.

Xn 10,21 = = 5,105. 2 2

* Điện áp trên các phần tử: 

Sụt áp trên điện trở: UnR = I1đm. Rn = 17,3. 4,45  77V.



Tính theo tỉ lệ phần trăm: UnR% =



Sụt áp trên điện kháng: UnX = I1đm. Xn = 17,3. 10,21 = 176,633V.



Tính theo tỉ lệ phần trăm: UnX% =

U nR 77 . 100 = . 100 = 2,223%. U 1dm 3464

U nX 176,633 . 100 = . 100 = 5,1%. U 1dm 3464

* Tính các thông số của MBA khi tải định mức: 34

Do dòng điện tải chậm sau điện áp nên mạch có tính cảm kháng, nghĩa là 0. Vì vậy, ta có Cos2 = 0,85  Sin2 = 0,5268.

Sin2 >

U2 = U2đm – DU DU% =  (UnR%. Cos2 + UnX%. Sin2) DU% = 1 (2,223. 0,85 + 5,1. 0,5268)  4,58%. Suy ra DU =

4,58 . 400 = 18,32V. 100

U2 = U2đm – DU = 400 – 18,32 = 381,68V.



Vậy: Điện áp trên tải là:



Hiệu suất của máy khi tải định mức:

%

=(

 .S dm .Cos 2 ). 100  .S dm .Cos 2  P0   2 .Pn

1.180.0,85

= 1.180.0,85  1  12 .4 . 100 = 96,84% 

Hiệu suất cực đại khi max   =

Vậy khi tải max % = (

P0 = Pn

= 0,5

S2 = . Sđm = 0,5. 180 = 90 KVA thf hiưêụ suất của MBA sẽ lớn nhất.  .S dm .Cos 2 ). 100  .S dm .Cos 2  P0   2 .Pn

0,5.180.0,85

= 0,5.180.0,85  1  0,5 2 .4 . 100 = 98,71% * Hiệu suất ở tải S2 = 135KVA: Cos2/ = 0,7 Khi S2 = 135KVA thì / = %

1 4

135 = 0,75 180

 / .S dm .Cos 2 =( / ). 100  .S dm .Cos 2  P0   / 2 .Pn 0,75.180.0,7

= 0,75.180.0,7  1  0,75 2 .4 . 100 = 96,68%

35

8. Sự làm việc song song của máy biến áp.

Hình 2.16 Máy biến áp làm việc song song. Trong hệ thống điện và trong các lưới điện, các máy biến áp thường làm việc song song với nhau. Nhờ làm việc song song, công suất lưới điện lớn rất nhiều so với công suất mỗi máy, cho phép nâng cao hiệu quả kinh tế của hệ thống và an toàn cung cấp điện khi một máy hỏng hóc hoặc phải sửa chữa. Điều kiện để cho các máy làm việc song song là: điện áp định sơ cấp và thứ cấp của các máy phải bằng nhau , các máy phải có cùng tổ nối dây và điện áp ngắn mạch phải bằng nhau. 9. Các máy biến áp đặc biệt. 9.1. Máy biến áp tự ngẫu.

Hình 2.17 Sơ đồ thay thế MBA tự ngẩu Mba tự ngẫu là loại mba có sự liên hệ trực tiếp với nhau về điện giữa dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp. Có nhiều loại biến áp tự ngẫu: - Loại biến áp tự ngẫu lấy ra theo từng nấc điện áp: Ứng với một số vòng dây sẽ có một mức điện áp khác nhau. - Loại biến áp tự ngẫu có điện áp thay đổi liên tục phụ thuộc vào con trượt trượt trên bề mặt cuộn dây. Loại này được gọi Variac. 36

9.2. Máy biến áp đo lường. + Máy biến dòng điện. Máy biến dòng điện dùng để biến dòng điện lớn thành dòng điện nhỏ để đo lường bằng các dụng cụ đo tiêu chuẩn và điều khiển. Công suất Máy biến dòng điện : 5÷100VA

Hình 2.18 Máy biến dòng điện Máy biến dòng điện có dây quấn sơ cấp ít vòng dây mắc nối tiếp với mạch cần đo dòng và dây quấn thứ gồm nhiều vòng dây nối với ampe mét, cuộn dây dòng của Watt mét, cuộn dây của các rơle bảo vệ, hoặc các thiếc bị điều khiển khác. Các loại dụng cụ này có tổng trở Z rất bé nên máy biến dòng điện làm việc ở trạng thái ngắn mạch. + Máy biến điện áp. Điện áp thứ cấp U2 định mức được quy định là 100V. Máy biến điện áp dùng để biến điện áp cao thành điện áp thấp để đo lường và điều khiển. Công suất máy biến điện áp 25÷1000VA. Máy biến điện áp có dây quấn sơ nối với lưới điện và dây quấn thứ nối với Vôn mét, cuộn dây áp của Watt kế, cuộn dây của các rơle bảo vệ, hoặc các thiếc bị điều khiển khác. Các loại dụng cụ này có tổng trở Z rất lớn nên máy biến điện áp xem như làm việc ở chế độ không tải.

Hình 2.19 Máy biến điện áp Khi sử dụng máy biến điện áp không được nối tắt mạch thứ cấp vì nối tắt mạch thứ cấp tương đương nối tắt mạch sơ cấp nghĩa là gây sự có ngắn mạch ở lưới điện.

37

9.3. Máy biến áp hàn. Là loại máy biến áp đặc biệt dùng để hàn bằng phương pháp hồ quang điện. Máy được chế tạo có điện kháng tản lớn và cuộn dây thứ cấp nối với điện kháng ngoài K để hạn chế dòng điện hàn.

Hình 2.20 Sơ đồ nguyên lý máy biến áp hàn Cuộn dây sơ cấp nối với nguồn điện, cuộn dây thứ cấp một đầu nối với cuộn điện kháng K rồi nối tới que hàn, còn đầu kia nối với tấm kim loại cần hàn. Máy biến áp làm việc ở chế độ ngắn mạch ngắn hạn dây quấn thứ cấp. Điện áp thứ cấp định mức của máy biến áp hàn thường là 60 ÷70V. Khi dí que hàn vào tấm kim loại, sẽ có dòng điện lớn chạy qua làm nóng chỗ tiếp xúc. Khi nhấc que hàn cách tấm kim loại một khoảng nhỏ, vì cường độ điện trường lớn làm ion hóa chất khí, sinh hồ quang và tỏa nhiệt lượng lớn làm nóng chảy chỗ hàn. Để điều chỉnh dòng điện hàn, có thể thay đổi số vòng dây của dây quấn thứ cấp máy biến áp hàn hoặc thay đổi điện kháng ngoài bằng cách thay đổi khe hở không khí của lõi thép CK. BÀI TẬP Câu 1. Cho một máy biến áp ba pha có các số liệu sau đây: S đm = 5600 kVA; U1/U2 = 35000/66000 V; I1/I2 = 92,5/49 A; P0 = 18,5 kW; i0 = 4,5%Iđm; Un = 7,5%; Pn = 57 kW; f = 50 Hz; Y/∆-11. Hãy xác định: a. Các tham số lúc không tải z0, r0 và x0. b. Các tham số ngắn mạch zn, rn, xn và các thành phần của điện áp ngắn mạch. GIẢI a. Các tham số lúc không tải: Điện áp pha sơ cấp: U1f 

U1 3



35000  20208 V 3

Dòng điện pha không tải: I0f = 0,045I = 0,045. 92,5 = 4,16A. z0 

U 1f 20200   4857 ,6Ω I 0f 4,16

r0 

P0 18500   356Ω 3I 0f 3.4,162

x0  z20  r02  48502  3562  4844 ,5Ω

38

b. Các tham số ngắn mạch: Điện áp pha ngắn mạch tính từ phía sơ cấp: U1n = U1f . un = 20200 . 0,075 = 1520V. Các tham số ngắn mạch: zn 

U 1n 1520   16,4Ω I 1f 92,5

rn 

Pn 57000   1,8Ω 2 3I 1f 3.92,52

xn  z2n  rn2  16,42  2,222  16,249Ω

Các thành phần của điện áp ngắn mạch: unr% 

I 1f rn 92,5.2,22  100  100 1,01 U 1f 20208

unx% 

I 1f xn 92,5.16,3  100  100 7,45 U 1f 20208

Câu 2. Trong trạm biến áp trung gian có đặt MBA 3 pha, trên nhãn máy có ghi: 3200 KVA - 38,5/10,5KV, Y/∆ - 11;   98,5 %; cos  2= 0,8. %

a. Hãy giải thích ý nghĩa của các thông số ghi trên nhãn MBA. b. Xác định góc lệch pha giữa vectơ điện áp dây phía sơ cấp với vectơ điện áp dây phía thứ cấp tương ứng? c. Hãy xác định tỷ số biến áp, dòng điện pha, điện áp pha và tổng tổn hao công suất ở chế độ định mức. d. Nếu đấu lại dây quấn MBA trên thành Y/Y 0 - 12 thì tỷ số biến áp là bao nhiêu? Biết điện áp pha cuộn dây bằng điện áp định mức. GIẢI a. Ý nghĩa các thông số. 3200KVA: Công suất biểu kiến định mức ở phía thứ cấp MBA. 38,5/10,5: Là điện áp dây định mức ở phía sơ cấp và thứ cấp. Y/∆-11: Dây quấn sơ cấp đấu sao, dây quấn thứ cấp đấu tam giác, góc lệch pha giữa điện áp sơ cấp và thứ cấp là (11x300)= 3300 .  : Hiệu suất của MBA ở chế độ tải định mức: 98,5%. cos  2  0,8 : Hệ số công suất ở chế độ tải định mức. b. Góc lệch pha giữa vectơ điện áp dây phía sơ cấp với vectơ điện áp dây phía thứ cấp tương ứng. Chỉ số điện áp thứ cấp lệch so với điện áp sơ cấp là 11 nên góc lệch pha giữa vectơ điện áp dây ở phía sơ với vectơ điện áp dây ở phía thứ tương ứng là (11x300 )=3300

39

Hình 2.21 Góc lệch pha ở tổ đấu dây c. Xác định tỷ số biến áp, dòng điện pha, điện áp pha và tổng tổn hao công suất ở chế độ định mức. - Hệ số biến áp tính theo điện áp dây: KB 

U1đm  3,67 U 2 đm

I1đm=

S đm  48 A 3.U1đm

I2đm=

S đm  176 A 3.U 2 đm

Sơ cấp đấu Y nên điện áp pha: U1Fđm=

U1đm 3

 22,3Kv

Thứ cấp đấu ∆ nên điện áp pha: U2Fđm=U2đm=10,5Kv. Công suất định mức ở phía thứ cấp: P2đm=Sđm. cos  2 =2560KW. Công suất tác dụng ở phía sơ cấp: P1đm =

P2đm  2600Kw . 

Tổng tổn hao công suất trong MBA ở chế độ định mức: DP  P1  2  40KW d. Nếu đấu lại dây quấn MBA trên thành Y/Y0-12 thì: Điện áp sơ cấp không đổi: U1đm=38,5Kv. Điện áp thứ cấp: U2Fđm=10,5Kv => U 2 đm = Tỷ số biến áp: K B 

3 .U2Fđm=18,2Kv

U1đm  2,11 U2đm

10. Quấn máy biến áp 1 pha cỡ nhỏ. 10. 1. Tính toán số liệu dây quấn máy biến áp một pha. Lấy số liệu dây quấn máy biến áp Bước 1: Xác định các số liệu cần thiết - Xác định áp sơ cấp U1 - Xác định tải sơ cấp U2 - Xác định dòng điện sơ cấp I1 (Iđm) 40

- Xác định dòng điện thứ cấp I2 - Xác định tần số của lưới điện f (Hz) - Xác định chế độ làm việc là ngắn hạn hay dài hạn. * Trong trường hợp chưa biết rỏ I2 ta xác định công suất máy biến áp phía thứ cấp: S2 = U2.I2(VA) Bước 2: Xác định tiết diện tính tóan: A t  1,423.

S2 B

.k

Trong đó At : là tiết diện tính tóan cần dùng (cm2) S: công suất biểu kiến cung cấp tại phía thứ cấp B: Mật độ từ thông (0,8 – 1,2T) (ta chọn mật độ từ thông từ 0,6-1,2, trong đó tol chất lượng, kém chất lượng chọn B thấp, tol tốt chọn B lớn) K: hệ số lõi thép - Nếu lõi thép hình E,I thì K = 1,0 đến 1,2 - Nếu lõi thép hình U,I thì K = 0,75 đến 0,85 Nếu lõi thép cho trước At = a.b b

a

a b

EI

c

UI

c

h

h

Hình 2.22 Các dạng lõi thép Bước 3: Xác định tiết diện thực tế và độ dày cách điện của lõi thép độ bìa khi lõi A

A

a.b

t t thép độ chênh lệch này sẽ được xác định = hệ số A  k f  A tt  k  k tt f f

B = (1-1,5).a theo bề dày của lõi thép thì kf được xác định theo - Nếu bề dày lá thép là 0,35mm thì K = 0,8 – 0,92 - Nếu bề dày lá thép là 0,5mm thì K = 0,85 – 0,95 Khi đó Att = a.b 41

b = a  1,5a (khi a = b) và At = a.1,5a2( khi a = 1,5b)

Kf

Bề dày lõi thép

Thép ít ba vớ

Thép nhiều ba vớ

0,35mm

0,92

0,8

0,5mm

0,95

0,85

Khối lượng lõi thép - Trường hợp lõi dạng E,I Wth = 46,8.a2.b Trường hợp hình U,I Wth = 15,6.a.b(2a + c + h) Giả sử để thực hiện máy biến áp công suất 75VA ta chọn a trong khỏang từ 2,7cm đến 3,6cm Bước 4: Xác định số vòng dây quấn trên một vôn sức điện điện động trong bộ dây sơ và thứ cấp 1

Nvòng/vôn= 4,44.f .A .B.10  4 t Trong đó: N: số vòng dây quấn trên 1 vôn f là tần số lưới điện; với tần số f = 50Hz ta có thể tính như sau: 45

Nvòng/vôn= .A .B t 45

Nếu B = 0,8 →Nvòng/vôn= .A .B t 45,045

Nếu B = 1; → Nvòng/vôn= .A t

37,54

Nếu B = 1,1 → Nvòng/vôn= A t Đơn vị: At = cm2; a = b = cm

S2 VA

5

10

25

50

75

100

150

200

300

D U%

20

17

15

12

10

9

8

7,5

7

42

Bước 5: Xác định độ giảm thế DU % tại thứ cấp máy biến áp DU% 

U  U 20  U 2 U DU% .100%   20  1.100%  20  1   U 20  Ch.U 2 U2 U2 100%  U2 

Bảng quan hệ giữa Ch và S2

S2 (VA)

Ch

S2 (VA)

Ch

S2 (VA)

Ch

S2 (VA)

Ch

5

1,35

40

1,13

120

1,075

400

1,042

7,5

1,28

50

1,12

150

1,065

700

1,032

10

1,25

60

1,11

180

1,058

800

1,03

15

1,22

70

1,1

200

1,052

900

1,025

20

1,18

80

1,09

250

1,048

1000

1,025

25

1,16

90

1,085

300

1,045

1500

1,0,2

30

1,14

100

1,08

350

1,042

2000

1,016

Bước 6: Xác định tổng số vòng dây quấn phía sơ cấp và thứ cấp: Cuộn sơ cấp: N1 = nv.U1 Cuộn thứ cấp: N2 = (1,05  1,1)nv.U2 Trong đó : N1: Số vòng dây quấn sơ cấp N2: Số vòng dây quấn thứ cấp U1: Điện áp của dây quấn sơ cấp U2: Điện áp của dây quấn thứ cấp Bước 7: Ước lượng hiệu suất của biến thế, xác định dòng điện phía sơ cấp Bảng quan hệ hiệu suất theo S2 (theo Robert Kuhn)

S2 VA

3

10

25

50

100

1000

%

60

70

80

85

90

>90

Bảng quan hệ hiệu suất theo S2 (theo AEG)

43

S2 VA

25

50

100

200

300

400

500

700

1000

%

76,5

84

85

86

88

90

90,5

91

92

Xác định dòng điện phía thứ cấp I1 

S2 trong đó : hiệu suất máy biến áp .U 1

P1 

P2 S 2   

Bước 8: Chọn mật độ dòng điện J suy ra tiết điện và đường kính dây quấn phía thứ cấp và sơ cấp Mật độ dòng điện J chọn để xác định đường kính dây quấn phụ thuộc - Cấp cách điện vật liệu - Điều kiện giải nhiệt dây quấn - Chế độ vận hành liên tục hay ngắn hạn

S2 VA

0 đến 50

50 đến 100

100 đến 200

200 đến 500

500 đến 1000

J(A/mm2)

4

3,5

3

2,5

2

Với vật liệu cách điện cấp A (nhiệt độ tối đa cho phép tại điểm nóng nhất 105 0 ) máy làm việc ngắn hạn không liên tục (6 đến 10giờ) ta chọn J cao hơn trong bảng trên từ 1,2 đến 1,5 lần

S2 VA

0 đến 50

50 đến 100

100 đến 200

200 đến 500

500 đến 1000

J(A/mm2)

5 đến 6

4,5 đến 5,5

4 đến 5

3,5 đến 4,5

3 đến 4

Xác định tiết diện và đường kính dây - Sơ cấp d1  1,13 - Thứ cấp d 2  1,13

I1 J

I2 J

Mật độ dòng điện (A/mm2) thường ta chọn J từ 2,5 đến 6(A/mm2) Ví dụ: Quấn máy biến áp theo yêu cầu U1 =110/200V; U2 = 24V, I2 = 5A 44

Bước 1: Xác định các số liệu ban đầu -

Điện áp sơ cấp U1 = 110/220v

-

Điện áp thứ cấp U2 = 6/9/12/24v

-

Dòng điện thứ cấp định mức I2 = 5A

Do dòng điện I2 chưa biết rõ nên ta xác định công suất biểu kiến phía thứ cấp là: S2 = U2.I2 = 24.5 = 120VA Bước 2: Xác định tiết diện tính toán A t  1,423.K.

Ag 

S2 B

 1,423.

120  15,6cm 2 1

A t 15,6   16,4cm 2 Kf 0,95

Bước 3: Xác định kích thước thật của lõi thép Xác định amin và amax theo Ag = 16,4cm2 Để quấn biến áp có công suất 120VA ta chọn a trong khoảng từ 3,3  4cm cm2

Ta chọn a = 3,5cm a min  a max 

Ag 1,5



Ag 

16,4  3,3cm 1,5 16,4  4cm

Xác định khối lượng lõi Wth = 46,8.a2.b = 46,8.3,52.4,7 =2700g =2,7Kg Như vậy ta chọn kích thước lõi thép sau: a = 3,5cm b = 4,7cm Wth = 2,7kg At = 15,6cm2 Ag = 16,4cm2 chọn lõi EI Chú ý: nếu mỗi là thép là 0,5mm và b = 47mm thì tổng số lá thép chữ E là 47/0,5 = 94 Bước 4: xác định số vòng quấn trên vôn W0 

45 45   3Vòng / vôn B.A t 1.15,6

Bước 5: Xác định độ giảm thế phía thứ cấp lúc mang tải định mức U20 = Ch.U2 = 1,075.24 = 26v ( tra bảng chọn ch = 1,075) Bước 6: Xác định số vòng dây sơ cấp và thứ cấp W1 = U1.W0 = 220.3 = 660vòng W2 = U20.W0 = 26.3 = 78vòng 45

Bước 7: Xác định dòng điện sơ cấp I1 

S2 120   0,6 A .U 1 0,89.220

Bước 8: Xác định đường kính dây sơ cấp và thứ cấp d1  1,13.

I1 0,6  1,13.  0,4mm J 4,5

d 2  1,13.

I2 5  1,13.  1,3mm J 4,5

220v 0v 6v 9v 12v

110v

24v

220v

Hình 2.23 Sơ đồ các số liệu quấn MBA 10.2. Thi công quấn bộ dây biến áp 1 pha. Chuẩn bị khuôn. - Ta có thể làm khuôn quấn dây máy biến áp bằng giấy cách điện cứng hoặc dùng khuôn nhựa. - Dùng khuôn nhựa đúc sẵn: Ta có thể dùng khuôn nhựa đúc sẳn khi kích thước khuôn tương ứng với kích thước lõi thép. Chọn theo phương án này không tốn thời gian làm khuôn nhưng phải thực hiện công tác chuẩn bị làm sạch các cạnh khuôn trước khi quấn dây.

Hình 2.24 Khuôn quấn dây MBA 46

- Dùng giấy cách điện cứng làm khuôn: Ta phải chọn giấy có độ dày khoảng 1mm (nếu khuôn 1 lớp) hoặc 0,5mm (nếu khuôn 2 lớp). Giấy cách điện làm khuôn phải cứng có độ bền cơ học cao.

Hình 2.25 Hướng dẫn cách làm khuôn giấy quấn dây MBA

Hình 2.26 Hoàn chỉnh khuôn quấn dây MBA Quấn bộ dây. - Lắp khuôn quấn dây vào bàn quấn: 47

Với các MBA công suất nhỏ, đường kính dây nhỏ hơn 0,5mm ta có thể sử dụng bàn quấn tay có tỉ số truyền 1/10, hay 1/5 để quấn. Với các máy có đường kính dây lớn hơn 0,5 ta nên dùng bàn quấn dây có tỉ lệ 1/1. Do tốc độ quay càng thấp càng dễ điều chỉnh định hướng trong quá trình xếp dây.

Hình 2.27 Đặt khuôn quấn MBA vào máy quấn dây

- Giữ các đầu dây trước khi tiến hành quấn dây sơ cấp: Ta thường chọn dây có đường kính nhỏ bố trí bên trong, dây có đường kính lớn hơn bố trí bên ngoài. Hai đầu ra của cùng một bộ dây nên bố trí ra một mặt và xếp cùng phía.

48

Hình 2.28 Phương pháp giữ đầu dây vào khuôn quấn

Hình 2.29 Phương pháp cố định đầu dây ra ngoài - Phương pháp lót cách điện giữa các lớp dây quấn: Sau khi quấn đủ số vòng dây quấn 1 lớp, trước khi quấn lớp thứ 2 ta cần lót cách điện lớp.

49

Hình 2.30 Phương pháp lót giấy cách điện giữa các lớp dây quấn - Phương pháp gút giữ đầu dây ra khi hoàn tất cuộn dây quấn:

Hình 2.31 Phương pháp dùng băng vải rút giữ đầu dây ra

Hoàn chỉnh các đầu ra dây.

50

Hình 2.32 Dùng gen cách điện che phủ mối hàn các đầu dây ra

Hình 2.33 Phương pháp sắp xếp các đầu dây ra và bọc giấy cách điện che ngoài cuộn dây quấn Lắp ghép.

51

- Ghép toàn bộ các lá thép chữ E trước sau đó mới ghép các lá thép chữ I. Mỗi lần ghép ta chỉ cho vào từng lá nếu bề dày mỗi lá là 0,5mm, 2 lá cùng lúc nếu bề dày mỗi lá là 0,35mm.

Hình 2.34 Phương pháp ghép lá thép vào cuộn dây quấn 10.3. Chạy thử. Dùng VOM kiểm tra thông mạch các đầu dây của cuộn sơ và cuộn thứ cấp. Cho nguồn điện vào đo kiểm và ghi nhận kết quả. Các pan hư hỏng và biện pháp khắc phục: * Hở mạch. - Hiện tượng: Cấp nguồn, MBA không hoạt động. Kiểm tra: Dùng Ohm kế, đèn thử, Volt kế kiểm tra tiếp xúc điện hoặc đo điện áp ra của máy. Những điểm nhiều khả năng gây hở mach là: tại các ngỏ vào ra; bộ phận chuyển mạch, đổi nối, bộ phận cấp nguồn ... - Sửa chữa: hàn nối, cách điện tốt sau khi sửa chữa. * Ngắn mạch. - Hiện tượng: Cấp nguồn các thiết bị đóng cắt, bảo vệ tác động ngay, có hiện tượng nổ cầu chì hoặc cháy dây nguồn. Nguyên nhân: Do chạm chập tại các đầu nối, đầu ra dây hoặc ráp sai mạch... Kiểm tra: Dùng Ohm kế kiểm tra, quan sát bằng mắt. Sửa chữa cách ly các đầu dây, xử lý cách điện. * Chập vòng. - Hiện tượng: Điện áp tăng cao, máy nóng nhiều, rung có tiếng kêu lạ... - Nguyên nhân: Do chạm chập tại các đầu nối, đầu ra dây hoặc ráp sai mạch, hư hỏng ở gallett... 52

Kiểm tra: Đo điện áp vào/ ra, đối chiếu với tính toán; Sửa chữa cách ly các đầu dây, xử lý cách điện. * Chạm võ. - Hiện tượng: chạm võ máy bị điện giật. - Nguyên nhân: Lõi thép chạm cuộn dây và chạm ra võ; Do các đầu nối chạm võ hoặc gallett bị chạm... Kiểm tra: Kiểm tra cách điện bằng mêga Ohm kế hoặc Volt kế (không dùng bút thử điện do dòng điện cảm ứng) sau đó xử lý cách điện. C. Câu hỏi, bài tập. Câu 1: Một máy biến áp một pha có cuộn sơ cấp có số vòng W1 = 296 vòng, điện áp định mức có cuộn sơ cấp U1 = 220V, điện áp cuộn thứ cấp U2 = 110V a. Hãy tính hệ số máy biến áp, tính số vòng dây cuộn thứ cấp? b. Nếu bỏ qua điện trở của dây quấn và từ thông tản ra ngoài không khí. Hãy tính từ thông của cuộn sơ cấp và thứ cấp? Câu 2: Tính toán Quấn máy biến áp theo yêu cầu U1 =110/200V; U2 = 24V, I2 = 3A Câu 3: Tính toán Quấn máy biến áp theo yêu cầu U1 =110/200V; U2 = 24V, I2 = 8A

BÀI 3: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ A. Mục tiêu bài giảng 53

- Mô tả được cấu tạo, nguyên lý làm việc động cơ không đồng bộ - Tính toán được các thông số của động cơ - Vẽ được sơ đồ trải bộ dây - Bảo dưỡng và sửa chữa được những hư hỏng thông thường của máy điện không đồng bộ đảm bảo máy hoạt động tốt theo đúng tiêu chuẩn về điện. - Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, chính xác, tư duy khoa học và sáng tạo. B. Nội dung chính 1. Khái niệm chung về máy điện không đồng bộ: Máy điện không đồng bộ là loại máy xoay chiều, làm việc theo nguyên lí cảm ứng điện từ, có tốc độ quay của rôto n khác với tốc độ quay của từ trường n1. Máy điện không đồng bộ có hai dây quấn stator (sơ cấp) nối với lưới điện tần số f không đổi, dây quấn rotor (thứ cấp) được nối tắt lại hoặc khép kín qua điện trở. Dòng điện trong dây quấn roto được sinh ra nhờ sức điện động cảm ứng có tần số f 2 phụ thuộc vào tốc độ roto nghĩa là phụ thuộc vào tải trên trục của động cơ. Máy điện không đồng bộ có tính thuận nghịch, có thể làm việc ở chế độ động cơ điện và máy phát điện. Máy phát điện không đồng bộ có đặc tính làm việc không tốt nên ít được sử dụng. Động cơ điện không đồng bộ có cấu tạo và vận hành đơn giản, giá thành rẻ, làm việc tin cậy nên được sử dụng nhiều trong sản xuất và đời sống. Động cơ điện không đồng bộ gồm các loại: động cơ ba pha, hai pha và một pha. Động cơ điện không đồng bộ có công suất trên 600W thường là loại 3 pha có 3 dây quấn làm việc, trục các dây quấn lệch nhau trong không gian 1 góc 120 0. Các động cơ có công suất dưới 600W thường là động cơ một pha. Động cơ 2 pha có 2 dây quấn làm việc, trục của 2 dây quấn lệch pha nhau trong không gian một góc 900 điện. Động cơ 1 pha, chỉ có 1 dây quấn làm việc. 2. Cấu tạo của máy điện không đồng bộ ba pha Gồm hai phần chính:

Hình 3.1 Cấu tạo của máy điện không đồng bộ 2.1. Phần tĩnh ( Stato) Phần tĩnh gồm các bộ phận là lõi thép và dây quấn, ngoài ra có vỏ máy và nắp máy 54

* Lõi thép Lõi thép stato hình trụ do các lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh bên trong, ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo hướng trục. Lõi thép được ép vào trong vỏ máy. * Dây quấn ba pha Dây quấn stato làm bằng dây dẫn điện được bọc cách điện (dây điện từ) được đặt trong các rãnh của lõi thép. Dòng điện xoay chiều ba pha chạy trong ba dây quấn ba pha stato sẽ tạo ra từ trường quay. Dây quấn ba pha có thể nối sao hoặc tam giác * Vỏ máy Vỏ máy làm bằng nhôm hoặc gang, dùng để giữ chặt lõi thép, cố định máy trên bệ, bảo vệ máy và đỡ trục rôto. 2.2. Phần quay ( Roto) Gồm lõi thép, dây quấn và trục máy. * Lõi thép Lõi thép gồm các lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh mặt ngoài ghép lại, tạo thành các rãnh theo hướng trục, ở giữa có lỗ để lắp trục * Dây quấn Dây quấn rôto của máy điện không đồng bộ thường có hai kiểu: rôto lồng sóc (rôto ngắn mạch) và rôto dây quấn. Rôto lồng sóc trong các rãnh của lõi thép rôto đặt các thanh đồng (hoặc nhôm), các thanh đồng thường đặt nghiêng so với trục, hai đầu nối ngắn mạch bằng 2 vòng bằng đồng (nhôm), tạo thành lồng sóc

Hình 3.2 Roto lòng sóc Rôto dây quấn gồm lõi thép và dây quấn. Lõi thép do các lá thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau tạo thành các rãnh hướng trục Trong rãnh lõi thép rôto, đặt dây quân ba pha. Dây quấn rôto thường nối sao, ba đầu ra nối với ba vòng tiếp xúc bằng đồng (vành trượt), được nối với ba biến trở bên ngoài để điều chỉnh tốc độ và mở máy

55

3. Từ trường của máy điện không đồng bộ 3.1.Từ trường đập mạch của dây quấn một pha Từ trường của dây quấn một pha là từ trường có phương không đổi, nhưng có trị số và chiều biến đổi theo thời gian, gọi là từ trường đập mạch. Cho dòng điện hình sin một pha chạy vào cuộn dây AX Dây quấn AX được đặt trong 4 rãnh trên stato 1,2,3,4. Căn cứ vào chiều dòng điện ta vẽ được chiều từ trường theo quy tắc vặn nút chai, dây quấn tạo ra từ trường đập mạch có hai cực ( p=1; p là số đôi cực), từ trường này có phương không đổi, nhưng có chiều và độ lớn biến thiên hình sin theo thời gian. *Trường hợp p=1:

Hình 3.3 Xác định từ trường trong trường hợp P =1 Tương tự ta đặt dây quấn AX trên 4 rãnh tạo ra từ trường 4 cực đập mạch ( p=2). *Trường hợp p=2:

Hình 3.3 Xác định từ trường trong trường hợp P =2 56

3.2. Từ trường quay của dây quấn ba pha *Sự tạo thành từ trường quay: Ta xét máy điện ba pha đơn giản gồm 6 rãnh trong đó đặt ba dây quấn đối xứng AX, BY, CZ trên stato. Ba dây quấn được đặt lệch nhau trong không gian một góc 120 0 điện. *Để thấy rỏ sự hình thành từ trường quay ta quy ước chiều dòng điện như sau: Dòng điện pha nào dương có chiều từ đầu đến cuối pha, đầu pha ký hiệu: ,còn cuối pha ký hiệu: . Dòng điện pha nào âm có chiều và ký hiệu ngược lại, đầu ký hiệu cuối ký hiệu Trong các dây quấn có dòng điện ba pha đối xứng chạy qua có đồ thị iA = Imax sinωt iB = Imax sin(ωt - 1200) iC = Imax sin(ωt - 2400) iA chạy vào cuộn dây AX, iB chạy vào cuộn BY, iC chạy vào cuộn CZ. Nếu iA >0 thì dòng điện pha A đi vào A ra X, nếu iA< 0 thì dòng đi vào X ra A Xét từ trường tổng do dòng ba pha gây ra tại 3 thời điểm:

Hình 3.4 Dòng điện xoay chiều ba pha biến đổi theo thời gian A

Z

+

S

Z

N X

B

.

C

+

C

+

X

B

+

.

+

N .

.

.

C

Z

+

+

N

.

Y

.

Y

A X

N

.

.

+

+

A

X

57

S

B

Hình 3.5 Chiều của từ trường ba pha biến đổi theo thời gian Thời điểm pha ωt = 900: dòng điện pha A cực đại và dương, các dòng điện pha B và C âm và có độ lớn bằng nhau. Dùng quy tắc vặn nút chai ta xác định chiều đường sức từ trường BA, BB, BC, Btổng Thời điểm pha ωt= 900 + 1200: Dòng điện pha B cực đại và dương, các dòng điện pha A và C âm. Dùng quy tắc vặn nút chai ta xác định chiều đường sức từ trường B A, BB, BC, Btổng . Véctơ từ trường tổng Btổng đã quay đi một góc là 120 0 so với thời điểm trước theo chiều kim đồng hồ. Thời điểm pha ωt= 900 + 2400: Dòng điện pha C cực đại và dương, các dòng điện pha A và B âm. Véc tơ từ trường tổng Btổng đã quay đi một góc là 2400 so với thời điểm ban đầu theo chiều đồng hồ. Vậy dòng điện ba pha tạo ra từ trường quay * Đặc điểm của từ trường quay Tốc độ từ trường quay:Tốc độ từ trường quay phụ thuộc vào tần số dòng điện stato f và số đôi cực p. Tốc độ từ trường quay là

n1  60.

f p

( vòng /phút)

Chiều quay của từ trường:Chiều quay của từ trường phụ thuộc vào thứ tự pha của dòng điện đạt cực đại. Muốn đổi chiều quay của từ trường ta giữ nguyên một pha và thay đổi thứ tự hai pha còn lại với nhau. Mạch đảo chiều quay của động cơ KĐB 3 pha bằng cầu dao đảo: Đóng cầu dao ở vị trí 1 thứ tự pha đưa vào động cơ là A-B-C từ trường được hình thành và quay theo chiều kim đồng hồ. Động cơ quay cùng chiều kim đồng hồ. Đóng cầu dao ở vị trí 2 thứ tự pha đưa vào động cơ là A-C-B từ trường được hình thành theo thứ tự ngược lại động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ.

58

Hình 3.6 Phương pháp thay đổi chiều quay của động cơ KĐB 3 pha Biên độ của từ trường quay: Từ thông của từ trường quay xuyên qua dây quấn biến thiên hình sin và có biên độ bằng

3 từ thông cực đại của một pha 2

Dây quấn pha B, C lệch về không gian so với pha A một góc lần lượt là 120 o, 240o, từ thông xuyên qua dây quấn AX do dây quấn ba pha là:  = A + B cos (-1200) + C cos (-2400) = A -

1 (  B +  C) 2

Hệ thống dòng điện ba pha đối xứng ta có: = A + B + C = 0 B + C = - A hay Do đó  = A +

3 A A = 2 2

Dòng điện iA = Imax sinωt Từ thông của dòng điện pha A là: A = Amax sinωt Thay : B + C = - A vào phương trình trên ta được: =

3  sinωt 2 Amax

Vậy từ thông của từ trường xuyên qua dây quấn biến thiên hình sin và có biên độ bằng 3/2 từ thông cực đại của một pha. 59

max =

3  2 pmax

Trong đó pmax : là từ thông cực đại một pha Đối với dây quấn m pha thì: max =

m  2 pmax

*Từ trường quay của dây quấn hai pha Khi có dây quấn hai pha đặt lệch nhau trong không gian 1 góc 90 0 điện, dòng điện trong hai dây quấn lệch pha nhau về thời gian 90 0, cũng phân tích như trên, từ trường hai pha là từ trường quay và có biên độ : max = pmax Từ trường quay của dây quấn hai pha có biên độ bằng biên độ từ trường một pha. Qua phân tích ở trên ta thấy rằng khi dây quấn đối xứng và dòng điện các pha đối xứng từ trường quay tròn có biên độ không đổi và tốc độ không đổi. Từ trường quay tròn sẽ cho đặc tính của máy tốt. Khi không đối xứng từ trường quay elíp có biên độ và tốc độ quay biến đổi. *Từ thông tản Bộ phận từ thông chỉ móc vòng riêng rẽ với mỗi dây quấn gọi là từ thông tản Ta có từ thông tản stato, chỉ móc vòng với dây quấn stato, từ thông tản rôto chỉ móc vòng với dây quấn rôto. Từ thông tản được đặc trưng bằng điện kháng tản, như đã xét ở máy biến áp. 4. Nguyên lý làm của máy điện không đồng bộ 4.1. Nguyên lý làm việc của động cơ điện không đồng bộ: Khi ta cho dòng điện ba pha tần số f vào ba dây quấn stato sẽ tạo ra từ trường quay p đôi cực, với tốc độ là

n1  60.

f p

. Từ trường quay cắt các thanh dẫn của dây quấn rôto

và tạo ra sức điện động cảm ứng. Vì dây quấn rôto nối ngắn mạch, nên sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện trong các thanh dẫn rôto. Lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường quay của Stato với thanh dẫn mang dòng điện trong rôto, kéo rôto quay với tốc độ n < n1 và cùng chiều với n1

Hình 3.7 Xác định chiều quay của động cơ KĐB 3 pha 60

Tốc độ quay của rôto n luôn luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường quay n1 vì tốc độ bằng nhau thì không có sự chuyển động tương đối rôto và từ trường quay stato nên trong dây quấn rôto không còn sức điện động và dòng điện cảm ứng, cho nên lực điện từ bằng không. Độ chênh lệch giữa tốc độ từ trường quay và tốc độ rôto gọi là độ trượt n2 = n1 - n. Hệ số trượt của tốc độ : s =

n2 n1  n = n1 n1

Khi rôto đứng yên (n = 0) , hệ số trượt s = 1, khi rôto quay định mức s = 0,02 đến 0,06. Như vậy: n = n1  s = 0; n = 0  s = 1 n > n1  s < 0; n < 0  s > 1 Tốc độ của động cơ : n =

60.

f 1  s  p

= n1(1-s); (vòng/phút)

4.2. Nguyên lý máy phát điện đồng bộ: Nếu bây giờ stato vẫn nối với lưới điện, nhưng trục rôto không nối với tải, mà nối với một động cơ sơ cấp. dùng động cơ sơ cấp kéo rôto quay cùng chiều nới n 1và tốc độ lớn hơn tốc độ từ trường quay n1. Lúc này, chiều dòng điện rôto I2 ngược chiều với chế độ động động và lực điện từ đổi chiều. Lực điện từ tác dụng lên rôto ngược chiều quay, gây ra mômen hãn cân bằng với mômen quay động cơ sơ cấp. Máy điện làm việc ở chế độ máy phát: hệ số trượt s =

n1  n <0 n1

Nhờ từ trường quay, cơ năng động cơ sơ cấp đưa vào rôto được biến thành điện năng ở stato. Để tạo ra từ trường quay, lưới điện phải cung cấp cho máy phát không đồng bộ công suất phản kháng Q, vì thế làm cho hệ số công suất cos của lưới điện thấp đi. Khi máy phát làm việc riêng lẻ, ta phải dùng tụ điện để nối ở đầu cực máy phát để kích từ cho máy. Đó là nhược điểm của máy phát không đồng bộ vì thế ít khi dùng máy phát không đồng bộ 5. Phương trình cân bằng điện và từ của động cơ điện không đồng bộ 5.1. Phương trình điện áp dây quấn sator: Dây quấn stato của động cơ tương tự như dây quấn sơ cấp của máy biến áp, ta có phương trình điện áp là: .



.

.

U1  Z1 . I1  E1

Trong đó: Z1 = R1 + jX1 Tổng trở dây dây quấn stato R1: là điện trở dây quấn stato. X1 = 2fL1=L1: là điện kháng tản của dây quấn stato, đặc trưng cho từ thông tản stato. f: tần số dòng điện stato 61

L1 : điện cảm tản stato E1 Sức điện động pha stato do từ thông của từ trường quay sinh ra có trị số là E1 = 4,44f.w1.kdq1.max. w1, kdq1 lần lượt là số vòng và hệ số dây quấn của 1 pha stato max biên độ từ thông của từ trường quay. 5.2. Phương trình cân bằng điện dây quấn rôto Sức điện động và dòng điện trong dây quấn rôto có tần số : f 2  p.

n1  n p.n 2 n1p.s    s.f 60 60 60

Sức điện động pha dây quấn rôto lúc quay: E2s= 4,44.f2w2 kdq2 max = 4,44.sf.w2 kdq2 max w2, kdq2 lần lượt là số vòng dây, hệ số dây quấn rôto, khi rôto đứng yên s=1 tần số f2=f sức điện động dây quấn rôto lúc đứng yên là: E2= 4,44.fw2 kdq2 max Ta có: E2s=sE2 Điện kháng tản dây quấn rôto lúc quay: X2s = 2πf2.L2 = s. 2πf.L2 = s.X2 L2: điện cảm tản dây quấn rôto. X2=2πf.L2: điện kháng tản rôto lúc không quay. Tỉ số sđ.đ pha stato và rôto là: ke 

E1 w 1k dq1  ; E 2 w 2 k dq 2

ke: gọi là hệ số quy đổi sđ.đ rôto.

Chọn chiều E2s, I2 như hình sau:

Hình 3.8 Sơ đồ thay thế của Rôto dây quấn Phương trình điện áp dây quấn rôto lúc quay : S.E2 + I2 (R2 + jX2s) Dòng điện rôto có tần số f2 = s.f và trị số hiệu dụng: 62

I2 

s.E 2

R 22   sX 2 

2

5.3. Phương trình sức từ động của động cơ không đồng bộ Khi động cơ làm việc, từ trường quay trong máy do dòng điện của cả hai dây quấn sinh ra. Dòng điện trong dây quấn stato sinh ra từ trường quay stato với tốc độ n 1 đối với stato. Dòng điện trong dây quấn rôto sinh ra từ trường quay rôto với tốc độ n 2, đối với rôto tốc độ là: n2 

60f 2 s.60.f   sn1 p p

Phương trình sức từ động của động cơ: m1.w1.kdp1I1 - m2.w2.kdq2I2 = m1w1kdq1I0 m1, m2 là số pha của dây quấn stato và rôto ki 

m 1 .W1 .k dq1 m 2 .W2 .k dq 2

;

ki : là hệ số quy đổi dòng điện rôto

I1 = I0 – I’2 I0: dòng điện stato lúc không tải; I 1, I2 là dòng điện stato và rôto khi động cơ kéo tải, I’2: Dòng điện roto đã quy đổi về sator 5.4. Sơ đồ thay thế của động cơ không đồng bộ Ta có hệ phương trình : U1  I1 (R 1  jX1 )  E1

sE 2  I 2 (R 2  jsX 2 )  0  E 2  I 2 (

R2  jX 2 ) s

I1 = I0 – I’2 Sau khi quy đổi các thành phần rôto về stato ta có hệ pt sau:

U 1  I1 ( R1  jX 1 )  I 0 ( Rth  jX th )   R' 2  0  I 0 ( Rth  jX th )  I ' 2   jX ' 2 )  s  I 1  I 0  I ' 2 Sơ đồ thay thế cho động cơ không đồng bộ:

63

Hình 3.9 Sơ đồ thay thế của động cơ KĐB 3 pha Các công thức quy đổi rôto về stato: ' * I2 

I2 : là dòng điện rôto qui về stato. ki

* E 2'  k e E 2  E1 :là sđ.đ pha rôto quy về stato. * R2'  R2 k e k i :là điện trở dây quấn rôto quy về stato. * X 2'  X 2 k e k i :là điện kháng dây quấn rôto quy về stato. * ke.ki=k :là hệ số quy đổi tổng trở. Sơ đồ thay thế gần đúng của máy điện không đồng bộ: R0 = R1 + Rth X0 = X1 + Xth

Hình 3.10 Sơ đồ thay thế gần đúng của máy điện KĐB Ngoài ra nếu làm phép biến đổi đơn giản : R2' R2' 1  s  '  R2  s s

Sơ đồ thay thế động cơ điện không đồng bộ: Rn = R1 + R’2 Xn = X1 + X’2

64

R2' 1  s  là đặc trưng cho công suất cơ Pcơ của động cơ s

Hình 3.11 Sơ đồ thay thế của động cơ điện KĐB 6. Giản đồ năng lượng và hiệu suất của động cơ

Hình 3.12 Giản đồ năng lượng và hiệu suất của động cơ điện Động cơ không đồng bộ nhận điện năng của lưới điện, nhờ từ trường quay, điện năng đã biến năng thành cơ năng. Đồ thị quá trình năng lượng được vẽ. Khi số pha stato m = 3 ta có: P1 công suất điện động cơ tiêu thụ của lưới điện P1 = 3.U1.I1cosφ Trong đó : U1, I1 là điện áp và dòng điện pha Pđt công suất điện từ Pđt  3I '22

R '2 R  m 2 I 22 2 s s

Pcơ - công suất điện từ được tính theo Pco 2  3I '22 R '2

1 s 1 s  m 2 I 22 R 2 s s

P2 - công suất cơ hữu ích trên trục động cơ P2 = Pcơ - DPcf DPcf: tổn hao cơ do ma sát ổ trục, quạt gió… 65

Hiệu suất của động cơ điện D

P2 P2  P1 P2  DP

DP – tổng công suất tổn hao trong máy DP = DPstl + DPđ1 + DPđ2 + DPcf Trong đó: DPstl : Tổn hao sắt từ trong lõi thép stato do dòng điện xoáy và từ trễ DPđ1 Tổn hao trên điện trở dây quấn stato DPđ1 =3.R1I12 DPđ2 Tổn hao trên điện trở dây quấn rôto DPđ1 = 3R2' .I 2'2  m2 R2 I 22 Tổn hao sắt từ trong lõi thép rôto nhỏ (có thể bỏ qua) vì tần số dòng điện rôto nhỏ. Thông thường người ta xác định gần đúng hiệu suất như sau: 

P2 P2  P0  k t2 Pn I

1 Trong đó k t  I hệ số tải 1đm

P0 = DPst + DPcf 7. Mô men quay của động cơ không động bộ ba pha Mômen điện từ Mđt đóng vai trò mômen quay: M = Mđt =

Pđt P .p  đt 1 

Trong đó: ω1 : tần số góc của từ trường quay ω : tần số góc dòng điện stato p : là số đôi cực từ '2

3I .R ' 2 Công suất điện từ: Pđt= 2 s 1 là tần số của từ trường quay 1



 p

Dựa vào sơ đồ thay thế ta tính được: I '2 

U1 2

 R'  2  R 1  2    X1  X ' 2  s  

66

Ta có : M

3p.U12 R '2 2   2 R '2     X1  X '2   .s  R1  s   

(*)

Đồ thị mômen theo hệ số trượt M = f(s). Thay s =

n1  n vào biều thức ta có mối n1

quan hệ n = f(M). Quan hệ n = f(M), gọi là đường đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ. Động cơ sẽ làm việc ở điểm mômen quay MQ bằng mômen cản MC 7.1. Đặc điểm của mômen quay : Mômen tỉ lệ với bình phương điện áp, nếu U1 thay đổi, mômen động cơ thay đổi rất nhiều.

Hình 3.13 Đường đặc tính của mômen thay đổi theo hệ số trượt và thời gian mở máy 7.2. Mômen có trị số cực đại Mmax ứng với giá trị tới hạn sth s th 

R '2 R '2  R 1  X1  X '2 X1  X '2

M max

3pU12  2(R 1  X1  X'2 )

7.3. Mômen mở máy Mmm Hệ số trượt tới hạn Sth tỉ lệ thuận với điện trở roto, còn Mmax không phụ thuộc vào điện trở roto, khi cho thêm điện trở phụ Rp vào roto, đường đặc tính M = f(s) thay đổi.

67

Hình 3.14 Đường đặc tính của mômen thay đổi theo các mức của điện trở phụ Tính chất này được sử dụng đề điều chỉnh tốc độ và mở máy động cơ rôto dây quấn. Quan hệ giữa M, Mmax, và sth có thể viết gần đúng như sau: M 

2M max s s th  s th s

Thay s = 1 vào biểu thức (*) , mômen mở máy động cơ là:

M mm 

3p.U12 .R ' 2



  2

 R1  R '2  X1  X '2

 2

Đối vớ động cơ lồng sóc thường cho các tỉ lệ sau: M M mm  1,1  1,7; max  1,6  2,5 M đm M đm

8. Mở máy động cơ điện không đồng bộ ba pha Khi mở máy động cơ phải thỏa mãn ba yêu cầu: - Mômen mở máy động cơ phải lớn hơn mômen cản của tải lúc mở máy - Mômen động cơ phải đủ lớn để thời gian mở máy trong phạm vi cho phép - Dòng mở máy phải nhỏ để điện áp lưới điện không bị sụt áp và ảnh hưởng đến các thiết bị khác I pmo 

R

U1

  2

1

 R '2  X1  X '2



2

8.1. Mở máy động cơ rôto dây quấn Khi mở máy dây quấn rôto được nối với biến trở mở máy. Đầu tiên để biến trở lớn nhất, sau đó giảm dần đến không. Đường đặc tính cơ ứng với các giá trị Rmở Muốn có mômen cực đại, hệ số trượt tới hạn sth = 1:

68

' R '2  R mo s th  1 X1  X '2

Khi có điện trở mở máy Rmở , dòng điện pha lúc mở máy: I pmo 

R

U1

  2

1

 R '2  R 'mo  X1  X '2



2

Hình 3.15 Sơ đồ và đường đặc tính mở máy qua điện trở của động cơ rôto dây quấn Như vậy: Khi Rmở tăng thì Mmm tăng; nhờ có Rmở dòng điện mở máy giảm xuống và mômen mở máy tăng. Đó là ưu điểm của động cơ rôto dây quấn. 8.2. Mở máy động cơ rôto lồng sóc * Mở máy trực tiếp Phương pháp đóng trực tiếp động cơ điện vào lưới điện. Khuyết điểm của phương pháp này là dòng điện mở máy lớn, làm sụt điện áp mạng điện rất nhiều. Phương pháp này dùng được khi công suất mạng điện (hoặc nguồn điện) lớn hơn công suất động cơ rất nhiều.

Hình 3.16 Sơ đồ mở máy trực tiếp của động cơ KĐB 3 pha 69

* Giảm điện áp cung cấp cho stato Khi mở máy ta giảm điện áp vào động cơ, cũng làm giảm được dòng điện mở máy. Khuyết điểm của phương pháp này mômen mở máy giảm rất nhiều, vì thế chỉ sử dụng được đối với trường hợp không yêu cầu mômen mở máy lớn. Các biện pháp giảm điện áp như sau: *Dùng điện kháng nối tiếp vào mạch stato:

Hình 3.17 Sơ đồ mở máy qua cuộn kháng của động cơ KĐB 3 pha Khi khởi động : CD2 cắt, đóng CD1 để nối dây quấn stato vào lưới điện thông qua CK, động cơ quay ổn định, đóng CD2 để ngắn mạch điện kháng, nối trực tiếp dây quấn stato vào lưới. Nhờ có điện áp rơi trên điện kháng, điện áp trực tiếp đặt vào động cơ giảm đi k lần, dòng điện sẽ giảm đi k lần, song mômen giảm đi *Dùng máy tự biến áp: Trước khi khởi động : cắt CD2, đóng CD3, MBA TN để ở vị trí điện áp đặt vào động cơ khoảng (0.6÷0,8)Uđm, đóng CD1 để nối dây quấn stato vào lưới điện thông qua MBA TN, động cơ quay ổn định, cắt CD3, đong CD2 để ngắn mạch MBA TN, nối trực tiếp dây quấn stato vào lưới.

Hình 3.18 Sơ đồ mở máy qua máy biến áp tự ngẩu của động cơ KĐB 3 pha 70

Gọi k là hệ số biến áp; U 1 là điện áp pha lưới điện; Z n là tổng trở động cơ lúc mở máy. Điện áp đặt vào động cơ khi mở máy là: U đc 

U1 k

Dòng điện chạy vào động cơ lúc máy tự biến áp: I đc 

U đc U 1  zn kz n

Dòng điện I1 lưới điện cung cấp cho động cơ lúc có máy tự biến áp : I1 

I đc U  21 k k .z n

Khi mở máy trực tiếp, dòng điện I1 =

U1 zn

Dòng điện của lưới điện giảm đi k 2 lần(đây là ưu điểm so với phương pháp dùng điện kháng) Điện áp đặt vào động cơ giảm k lần, nên mômen sẽ giảm k2 lần *Phương pháp đổi nối sao – tam giác: Phương pháp này chỉ dùng được với những động cơ khi làm việc bình thường dây quấn stato nối hình tam giác.

Hình 3.19 Sơ đồ mở máy bằng phương pháp mở máy Y – Δ của động cơ KĐB 3 pha Khi mở máy ta nối hình sao để điện áp đặt vào mỗi pha giảm máy ta đổi nối lại thành hình tam giác như đúng quy định của máy. Dòng điện dây khi nối hình tam giác: 71

3

lần. Sau khi mở

I dD 

3U1 zn

Dòng điện dây khi nối hình sao: I dY 

U1 3z n

Dòng điện dây mạng điện giảm đi 3 lần, và mômen giảm đi phương pháp, chúng ta đều thấy mômen máy giảm xuống nhiều.

 3

2

3

lần. Qua các

Để khắc phục điều này, người ta đã chế tạo loại động cơ lồng sóc kép và loại rãnh sâu có đặc tính mở máy tốt. * Động cơ điện lồng sóc có đặc tính mở máy tốt: + Động cơ điện lồng sóc rãnh sâu Loại động cơ này, rãnh rôto hẹp và sâu (chiều sâu bằng 10-12 lần chiều rộng rãnh). Khi có dòng điện cảm ứng trong thanh dẫn rôto, từ thông tản rôto phân bố. Từ thông tản móc vòng với đoạn dưới thanh dẫn nhiều hơn đoạn trên. Do lúc mở máy, điện kháng tản phía dưới lớn, dòng điện tập trung phía trên thanh dẫn gần miệng rãnh làm sự phân bố dòng điện tập trung nhiều ở phía miệng rãnh, tiết diện dẫn điện của thanh coi như bị nhỏ đi, điện trở rôto R2 tăng lên sẽ làm tăng mômen mở máy. Khi mở máy xong, tần số dòng điện rôto nhỏ, tác dụng trên bị yếu đi, điện trở rôto giảm xuống như bình thường. + Động cơ điện lồng sóc kép Rôto của động cơ có hai lồng sóc, các thanh dẫn của lồng sóc ngoài (còn gọi là lồng sóc mở máy) có tiết diện nhỏ và điện trở lớn Lồng sóc trong có tiết diện lớn hơn điện trở nhỏ. Như ở trên khi mở máy dòng điện tập trung ở lồng sóc ngoài có điện trở lớn, mômen mở máy lớn. Khi làm việc bình thường, dòng điện lại phân bố đều ở cả hai lồng sóc, điện trở lồng sóc ngoài nhỏ xuống. Động cơ điện rãnh sâu và lồng sóc kép có đặc tính mở máy tốt, nhưng vì từ thông tản lớn, nên hệ số công suất cosϕ thấp hơn động cơ lồng sóc thông thường. 9. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ Tốc độ của động cơ điện không đồng bộ : n  n 1 1  s  

60.f 1  s  p

(vòng/phút)

Với động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sốc có thể điều chỉnh tốc động động cơ bằng cách thay đổi tần số dòng điện Stato, bằng cách nối dây quấn stato để thay đồi số đôi cực p của từ trường, hoặc thay đổi điện áp đặt vào stato để thay đổi hệ số trượt s.Tất cả các phương pháp đều thực hiện ở phía stato. Đối với động cơ rôto dây quấn thường đều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở roto để thay đổi hệ số trượt s, điều chỉnh thực hiện ở phía stato.

72

9.1. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số f Thay đổi tần số f của dòng điện stato được thực hiện bằng bộ biến tần. Khi thay đổi tần số người ta mong muốn giữ cho từ thông max không đổi, cho nên phải giữ cho tỷ số điện áp và tần số không đổi. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số cho phép điều chỉnh tốc độ một cách bằng phẳng trong phạm vi rộng và cho cả nhóm động cơ, song giá thành tương đối đắt.

Hình 3.20 Đường đặc tính điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số 9.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực p Số đôi cực của từ trường quay phụ thuộc vào cấu tạo dây quấn. Muốn thay đổi P ta phải thay đổi cách đấu dây hoặc có cách cấu tạo dây quấn đặc biệt

Hình 3.21 Đường đặc tính điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi số đôi cực 9.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cung cấp cho stato Phương pháp này chỉ thực hiện việc giảm điện áp. Khi giảm điện áp đường đặc tính M = f(s) sẽ thay đổi do đó hệ số trượt thay đổi, tốc độ động cơ thay đổi. Nhược điểm của phương pháp này là giảm khả năng quá tải của động cơ, phạm vi điều chỉnh hẹp, tăng tổn hao và chỉ sử dụng cho các động cơ công suất nhỏ.

73

Hình 3.22 Đường đặc tính điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp 9.4. Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở rôto của động cơ rôto dây quấn Khi tăng điện trở, dòng điện rôto giảm dẫn đến lực từ giảm cho nên tốc độ quay của động cơ giảm. Nếu mômen cản không đổi, dòng rôto không đổi, khi tăng điện trở để giảm tốc độ sẽ tăng tổn hao công suất trong biến trở, do đó phương pháp này không kinh tế. Phương pháp này đơn giản, điều chỉnh trơn và khoảng điều chỉnh tương đối rộng, được sử dụng điều chỉnh tốc độ quay của động cơ công suất cỡ trung bình. * Bảng tóm tắc công thức:

60 f (vòng/ phút) p

Tốc độ từ trường quay n1

n1 

Tốc độ roto n

n = n1(1 – s)

Hệ số trượt s

s

Tần số dòng điện roto f2

f2 = s.f

Quy đổi dòng điện roto

I 2' 

Quy đổi suất điện động roto.

E2'  ke .E2

Quy đổi điện trở roto

R2'  ki .ke .R2

Quy đổi điện kháng roto

X 2'  ki .ke . X 2

74

n1  n  0, 02 �0, 06 n1

I2 ki

P1 3. .U1 cos 

Dòng điện dây stato

I1 

Công suất tác dụng động cơ tiêu thụ

P1  3.U1.I1 cos  , P1 

Công suất phản kháng động cơ tiêu thụ

Q1  3.U1.I1 sin  , Q1  Ptg 1 

Hệ số công suất động cơ

cos  

Hiệu suất động cơ



Momen định mức động cơ

M dm 

Phương trình dòng điện roto

I2 

Khi động cơ 3 pha đấu sao

Khi động cơ 3 pha đấu tam giác

Dòng điện mở máy

P1 P12  Q12

Pđm 

 0,8 �0,9

P2  0, 75 �0,95 P1 Pđm P  9550 đm (Nm) đm nđm

s.E2 R22  ( s. X 2 ) 2

U d  3.U p Id  I p Ud  U p I d  3.I p

Imm =

Uf 2 2 (r  r ' )  (x  x ' ) 1 2 1 2

10. Động cơ không đồng bộ một pha. 10.1. Đại cương Động cơ không đồng bộ một pha thường được dùng trong các dụng cụ sinh hoạt và công nghiệp, công suất từ vài walt đến khoảng vài nghìn walt và nối vào lưới điện xoay chiều một pha. Dây quấn chính được nối vào lưới điện trong suốt quá trình làm việc, còn dây quấn phụ thường chỉ nối vào khi mở máy. Trong quá trình mở máy, khi tốc độ đạt 75 đến 80% tốc độ đồng bộ thì dùng ngắt điện kiểu ly tâm cắt dây quấn phụ ra khỏi lưới. Có loại động cơ sau khi mở máy, dây quấn phụ vẫn nối vào lưới. Đó là động cơ điện một pha kiểu điện dung (hay còn gọi là động cơ điện hai pha). 75

10.2. Cấu tạo Stato : Giống động cơ ba pha, nhưng đặt trên đó dây quấn một pha. Rôto : Rôto lồng sóc giống động cơ ba pha. 10.3. Nguyên lý làm việc Nếu dùng nguồn 1 pha sẽ không tạo được từ trường quay, do đó không tạo được momen quay. Vì thế nếu trên stato của động cơ 1 pha chỉ có 1 bộ dây khi cho điện vào từ trường sinh ra do cuộn này là từ trường đập mạch, chỉ nằm trên một phương nhất định, được xem như là từ trường tổng hợp của 2 từ trường chuyển động ngược chiều nhau. Do đó sinh ra các momen tác động lên roto có cùng độ lớn nhưng ngược chiều nhau. Vì thế roto không thể quay được. Nếu ta quay trục roto thì động cơ vận hành được ngay theo bất kỳ chiều lực quay. Đó là đặc điểm không tự khởi động được của động cơ không đồng bộ 1 pha. Vì khi đó từ trường đập mạch mất cân bằng. Để động cơ tự khởi động được, người ta quấn thêm vào phần stato một bộ dây phụ, dây quấn phụ được bố trí đặt lệch với dây quấn chính một góc 90 0 điện và nó phải có điện trở hoặc cảm kháng lớn hoặc thông thường cuộn phụ được mắc nối tiếp với tụ điện nhằm mục đích tạo sự lệch pha dòng điện trong 2 cuộn chính và phụ, như thế động cơ mới tự khởi động được. Ngoài cách quấn thêm cuộn phụ để khởi động còn cách xẻ mặt từ cực để đặt vòng ngắn mạch hình thành từ cực phụ có tác dụng khởi động động cơ. Trên stato loại động cơ này chỉ có 1 bộ dây quấn chính. Động cơ này gọi là động cơ khởi động với vòng ngắn mạch. 10.4. Phương pháp mở máy và các loại động cơ điện một pha. Các phương pháp mở máy: - Dùng dây quấn phụ: Loại động cơ này được dùng khá phổ biến như máy điều hòa, máy giặt, dụng cụ cầm tay, quạt , bơm ly tâm ...

Hình 3.23 Sơ đồ mở máy dùng dây quấn phụ Để có được mômen mở máy, người ta tạo ra góc lệch pha giữa dòng điện qua cuộn chính Ic và dòng qua cuộn dây phụ I p bằng cách mắc thêm một điện trở nối tiếp với cuộn phụ hoặc dùng dây quấn cở nhỏ hơn cho cuộn phụ, góc lệch này thường nhỏ hơn 30 0. Dòng trong dây quấn chính và trong dây quấn phụ sinh ra từ trường quay để tạo ra momen mở máy. 76

Hình 3.24 Sơ đồ mở máy dùng dây quấn phụ mắc nối tiếp thêm điện trở phụ - Dùng tụ điện mở máy.

Hình 3.25 Sơ đồ mở máy dùng dây quấn phụ mắc nối tiếp tụ điện Khi mở máy tốc độ động cơ đạt đến 75÷85% tốc độ định mức, công tắt K mở ra và động cơ sẽ đạt đến tốc độ ổn định. - Dùng tụ điện thường trực. Cuộn dây phụ và tụ điện mở máy được mắc luôn khi động cơ làm việc bình thường. Loại này có công suất thường nhỏ hơn 500W và có đặc tính cơ tốt. Ngoài ra, để cải thiện đặc tính làm việc và momen mở máy ta dùng động cơ hai tụ điện. Một tụ điện mở máy khá lớn (khoảng 10 ÷15 lần tụ điện thường trực) được ghép song song với tụ điện thường trực.

Hình 3.26 Sơ đồ đấu dây của động cơ 1 pha dùng tụ thường trực Khi mở máy tốc độ động cơ đạt đến 75÷85% tốc độ động bộ, tụ điện mở máy được cắt ra khỏi cuộn phụ, chỉ còn tụ điện thường trực nối với cuộn dây phụ khi làm việc bình thường.

77

Hình 3.27 Sơ đồ đấu dây của động cơ 1 pha dùng tụ thường trực và tụ tham gia mở máy Động cơ điện một pha có thể phân làm các loại sau: - Động cơ điện một pha có vòng ngắn mạch. - Động cơ điện một pha mở máy bằng điện trở. - Động cơ điện một pha mở máy bằng tụ điện: * Có tụ điện làm việc. * Có tụ điện mở máy. 10.5. Sử dụng động cơ điện 3 pha vào lưới điện 1 pha. Động cơ 3 pha có thể làm việc ở lưới 1 pha như động cơ 1 pha khi dùng tụ điện mở máy động cơ có thể đạt đến 80% công suất định mức. Tuy nhiên người ta thường áp dụng với động cơ 3 pha công suất nhỏ dưới 2KW. Khi đó mỗi động cơ cần phải chọn 1 sơ đồ đấu dây và trị số tụ điện cho phù hợp. Về nguyên tắc chuyển đổi các cuộn dây 3 pha sang hoạt động 1 pha. - Điện áp định mức trên cuộn dây không đổi. - Phải đặt 1 trong 2 cuộn dây pha thành cuộn làm việc cuộn còn lại thành cuộn khởi động. - Trị số tụ điện phải chọn sao cho góc lệch pha giữa dòng điện cuộn làm việc và khởi động đạt 900. - Các sơ đồ nguyên lý chuyển đổi. + Động cơ 3 pha 220/380 mắc với mạn điện 1 pha 220V.

Hình 3.28 Sơ đồ đấu dây động cơ 3 pha 220/380 mắc với mạn điện 1 pha 220V. Tụ điện được tính ở hình 3.28 như sau: C1  4800 78

Ip U ng

với

U c  U ng

+ Động cơ 3 pha 127/220V mắc với mạng điện 220V.

Hình 3.29 Sơ đồ đấu dây động cơ 3 pha 127/220V mắc với mạng điện 220V Tụ điện được tính ở hình 3.29 như sau: C1  2800

C1  2740

Ip U ng

Ip U ng

với

U c  U ng

với U c  1,15U ng

+ Động cơ 3 pha 127/220V mắc với mạng điện 110V.

Hình 3.30 Sơ đồ đấu dây động cơ 3 pha 127/220V mắc với mạng điện 110V Tụ điện được tính như sau: C1  1600

Ip U ng

với

U c  2U ng

Tất cả các trường hợp trên điện dung của tụ khởi động được tính như sau: Ckđ =(23)CLV Tính trị số tụ điện theo kinh nghiệm. Với những động cơ chạy lưới 220v thì cứ 1kw phải có CLV= 65F Ví dụ : Động cơ 3 pha 220/380v, 0,6kw đấu lại chạy 1pha 220v thì phải dùng tụ điện có điện dung: CLV = 65x 0,6 = 39 F Ckđ =(23)CLV = (78117)F Ví dụ : Một động cơ 3 pha công suất 1kw điện áp 220/380v dòng điện 4.2/2.4A. Hãy đấu lại để sử dụng ở mạng 1pha 220v. 79

Giải: - Nếu theo kinh nghiệm C1 = 65 F Ckđ =(23)C1 = (130195)F - Theo công thức ta chọn sơ đồ + Với hình 1

C1  4800

4.2  92μF 220

Ckđ =(23)C1 = (184276)F + Với hình 3

C1  1600

4.2  31μF 220

Ckđ =(23)C1 = (6293)F BÀI TẬP 1. Một động cơ KĐB 3 pha dây quấn stato nối tam giác, điện áp lưới 220V, f = 50Hz, p = 2, I1 = 21A, hệ số công suất 0,82; hiệu suất 0,837; s = 0,053. Tính tốc độ động cơ, công suất điện động cơ tiêu thụ, tổng các tổn hao, công suất hữu ích, momen quay động cơ. Giải Tốc độ góc của động cơ:

  1  1  s  

2 f 2.3,14.50  1 s    1  0, 053  148, 68rad / s p 2

Tốc độ động cơ: n 

60 f 60.50  1 s   1  0, 053  1420v / p p 2

Công suất tiêu thụ: P1  3.U1.I1.cos   3.220.21.0,82  6561W Công suất hữu ích: P2   .P1  0,837.6561  5491W Tổng tổn hao công suất: DP  P2  P1  6561  5491  1070W Momen quay động cơ: M 2 

P2 5491   36,9 Nm  148, 68

80

2. Một động cơ 3 pha roto lồng sóc có Pđm = 14kw, tốc độ định mức 1450 vòng/phút, hiệu suất định mức 0,885; hệ số công suất định mức 0,8; điện áp định mức 220/380V, M I mm M  5,5 ; mm  1, 3 , max  2 , điện áp lưới 380V. M dm I dm M dm a. Tính công suất tác dụng và công suất phản kháng động cơ tiêu thụ ở chế độ định mức. b. Tính dòng điện, hệ số trượt và momen định mức. c. Tính dòng mở máy, momen mở máy, momen cực đại. Giải Công suất tác dụng động cơ tiêu thụ: P1 

Pdm 14  15,82 KW  0,885

Công suất phản kháng động cơ tiêu thụ: Q1  Ptg 1 1  15,82.0,54  8,54 KVAR Dòng định mức: I1dm

Pdm 14.103    27,31A  . 3.U dm1.cos dm 0,885. 3.380.0,88

Hệ số trượt định mức: s 

n1  n 1500  1450   0, 033 n 1500

Momen định mức: M dm 

Pdm P 14  9550 dm  9550.  92, 2 Nm dm ndm 1450

Momen mở máy: M mm  1,3M dm  119,8 Nm Momen cực đại: M max  2 M dm  184, 4 Nm Dòng điện mở máy: I mm  5,5I dm  120, 2 A 3. Một động cơ 3 pha roto lồng sóc có P đm = 14kw, tốc độ định mức 1450 vòng/phút, hiệu suất định mức 0,885; hệ số công suất định mức 0,8; điện áp định mức M max I mm M  5,5 ; mm  1, 3 ,  2 , điện áp lưới 220V. 220/380V, M dm I dm M dm a. Tính công suất tác dụng P1, công suất phản kháng Q1, dòng điện định mức, dòng mở máy, momen định mức, momen mở máy, momen cực đại. b. Dòng điện, momen mở máy bằng phương pháp đổi nối sao, tam giác. Động cơ có thể mở máy được không khi momen cản mở máy Mc = 0,5 Mđm. Giải a. Mạng điện 220V, động cơ đấu tam giác. Các kết quả tính ở câu a giống bài 2 không thay đổi. Vì đấu tam giác nên dòng định mức (dòng điện dây) là:

I1dm  3.I1 p  3.27,31  47,3 A 81

Dòng mở máy khi mở máy trực tiếp: I mm  5, 5 I dm  260,15 A b. Khi mở máy đấu sao, sau đó chuyển về tam giác: Dòng mở máy trong trường hợp này: I mm  Momen mở máy: M mm 

260,15  86, 7 Nm 3

119,8  39,9 Nm 3

Momen cản khi mở máy: M c  0,5M dm  0,5.92, 2  46,1Nm Momen mở máy nhỏ hơn momen cản do đó không thể mở máy được bằng đổi nối sao, tam giác. 4. Trên nhãn động cơ KĐB 3 pha, roto lồng sóc có ghi: P đm=10kW; ∆/Y=220/380V; nđm=1460 vòng/phút,   0,85 ; cos  = 0,8; Đấu động cơ vào lưới 3 pha có Ud=220V; f = 50Hz. a. Hãy giải thích ý nghĩa của các thông số ghi trên nhãn động cơ? b. Muốn giảm dòng điện mở máy khi khởi động động cơ trên thì có thể thực hiện bằng những phương pháp nào? Giải thích? c. Hãy chứng minh khi khởi động động cơ bằng phương pháp đổi nối từ Y sang ∆ thì dòng điện mở máy và mômen mở máy sẽ giảm đi 3 lần. GIẢI Pđm: Công suất cơ định mức đưa ra trên trục động cơ. nđm: tốc độ quay định mức của roto ∆/Y-220/380V: Lưới 3 pha có Ud=220V=> dây quấn Stato đấu ∆. Lưới 3 pha có Ud=380V => dây quấn Stato đấu Y.   0,85 : Hiệu suất của động cơ

cos  = 0,8: Hệ số công suất của động cơ Muốn giảm dòng điện mở máy khi khởi động động cơ trên thì có thể thực hiện bằng những phương pháp nào? Giải thích? Biểu thức dòng mở máy động cơ 3 pha: Imm =

Uf 2 2 (r  r ' )  (x  x ' ) 1 2 1 2

Muốn giảm dòng điện mở máy cho động cơ trên ta có thể thực hiện bằng phương pháp giảm điện áp vào động cơ khi khởi động, bằng các cách sau: + Cách 1: Đổi nối Y- ∆ (vì khi làm việc thường dây quấn Stato đấu ∆) => giảm điện áp đặt vào động cơ khi khởi động => Imm giảm. + Cách 2: Dùng cuộn kháng điện (điện trở) mắc nối tiếp với dây quấn Stato => giảm điện áp đặt vào động cơ => Imm giảm. Hãy chứng minh rằng khi khởi động động cơ bằng phương pháp đổi nối từ Y sang ∆ thì dòng điện mở máy và mômen mở máy sẽ giảm đi 3 lần. 82

Khi khởi động dây quấn Stato đấu tam giác: Imm∆ = Khi khởi động dây quấn Stato đấu Y: ImmY = Do vậy:

Ud . 3 Z đc

Ud 3.Z đc

I mmD  3 : Nên khi khởi động dây quấn đấu Y dòng điện mở máy giảm đi I mmY

3 lần. Khi khởi động dây quấn đấu Y thì điện áp đặt vào mỗi pha động cơ giảm đi 3 lần mà mômen mở máy của động cơ tỷ lệ với bình phương điện áp nên mômen mở máy giảm đi 3 lần. 5. Trên nhãn động cơ 3 pha roto lồng sóc có các số liệu như sau: Pđm= 15KW; ∆/Y-220/380V; nđm= 1420 vòng/phút;   0,835; cos   0,84 ; Mmm/Mđm=1,8; Mmax/Mđm=2; Imm/Iđm=5,5; Đấu động cơ vào lưới điện 3 pha có Ud= 380V; f=50Hz. a. Hãy giải thích ý nghĩa của các thông số ghi trên nhãn động cơ và phân tích cách đấu dây quấn Stato để đấu động cơ vào lưới điện trên? b. Dùng cuộn kháng để mở máy cho động cơ trên, dòng điện mở máy giảm còn 3 lần dòng định mức. Hãy xác định điện áp đặt lên động cơ khi mở máy? Nếu mômen cản trên trục động cơ bằng 0,6Mđm thì động cơ có khởi động được không? GIẢI Pđm: Công suất cơ định mức đưa ra trên trục động cơ. nđm: tốc độ quay định mức của roto. ∆/Y-220/380V: Lưới 3 pha có Ud=220V thì dây quấn Stato đấu ∆. Lưới 3 pha có Ud = 380V thì dây quấn Stato đấu Y.   0,835 :

Hiệu suất của động cơ.

cos   0,84 :

Hệ số công suất của động cơ.

Từ ký hiệu ∆/Y-220/380V và lưới có Ud = 380V nên 3 cuộn dây của động cơ phải đấu Y. Do dòng điện mở máy tỷ lệ bậc nhất với điện áp nên ta có: Khi U = Uđm suy ra Imm = ImmTT = 5Iđm 3 5

Khi Imm = 3Iđm suy ra U = U đm  0,6U đm  228V Mômen tỷ lệ với bình phương điện áp nên ta có: Khi U = Uđm ta có: Khi U = 0,6Uđm ta có: => M mm 

U2đm => Mmm = MmmTT = 1,8Mđm  (0,6Uđm)2 =>Mmm = M mm

(0,6U đm ) 2 .1,8M đm 2 U đm

 0,648M đm

Vậy M mm = 0,648 Mđm > MC = 0,6Mđm: Động cơ khởi động được. 83

6. Một động cơ điện không đồng bộ 3 pha rô to lồng sóc có các thông số ghi trên thẻ máy: Pđm = 37kW; 2p = 4; nđm = 1450vg/ph; f = 50Hz; D/Y-380/660V; cos = 0,8;  = 0,9. Đấu động cơ này làm việc ở lưới điện 380/220V; 50Hz. a. Tính dòng điện định mức Iđm động cơ. b. Tính công suất tác dụng P1 và công suất phản kháng Q1 động cơ tiêu thụ. GIẢI a. Dòng điện định mức của động cơ: Pđm

I đm 

3U đm . . cos  I đm 

37.10 3 3.380.0,9.0,8

 78( A)

b. Công suất tác dụng và công suất phản kháng động cơ tiêu thụ - Công suất tác dụng: P1 

Pđm 37   41,1( kW )  0,9

- Công suất phản kháng: Q1  P1tg  41,1.0,75  30,8(kVA )

7. Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rô to lồng sóc có các thông số kỹ thuật sau: Pđm = 40kW; Uđm = 380 V;  = 0,95; cosđm= 0,8; nđm = 1440vòng/phút. Làm việc ở điện áp nguồn 3pha 380/220V. Tính a. mô men định mức Mđm và dòng điện định mức Iđm của động cơ. b. Dùng máy biến áp tự ngẫu để mở máy cho động cơ. Tính điện áp thứ cấp máy biến áp để dòng điện mở máy giảm 2,5 lần so với dòng điện mở máy khi mở máy trực tiếp. GIẢI a. Tính Mđm; Iđm: - Mô men định mức của động cơ: Mđm =

Pđm P  9550 đm (Nm)  đm n đm

Mđm= 9550

40  265,27 Nm 1440

- Dòng điện định mức của động cơ: I đm  

Pđm 3.U đm . . cos  đm

3

40.10  79,97( A) 3.380.0,95.0,8

b. Tính điện áp phía thứ cấp của máy biến áp tự ngẫu để dòng mở máy giảm 2,5 so với dòng mở máy trực tiếp: 84

- Hệ số biến áp của máy biến áp tự ngẫu: k ba  2,5 = 1,58. - Điện áp phía hạ áp máy biến áp: U2 = U1 /kba = 380/1,58 = 240,5 (V) 8. Động cơ điện không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc. Trên nhãn máy ghi: P đm = I

M

mm mm 45kW; 2p = 4; nđm = 1460 vòngg/phút; f = 50Hz; D/Y-220/380V; I  6 ; M  2 ; đm đm cos = 0,8;  = 0,9. Làm việc ở lưới điện Ud = 220V; 50Hz. Tính:

a. Iđm, Imm, Mđm, Mmm, sđm. b. Công suất tác dụng P1; công suất phản kháng Q1. c. Dùng phương pháp mở máy Sao (Y) làm việc Tam giác ( D) để giảm dòng điện mở máy. Tính dòng điện mở máy và mômen mở máy. GIẢI a. Tính Iđm, Imm, Mđm, Mmm, sđm. 

I đm

Pđm 3.U đm . . cos 

=

45.10 3  164,2 A 3.220.0,9.0,8

Imm = 6.Iđm = 985,2A M đm 

Pđm đm

 9550

45  294,3 Nm 1460

Mmm = 2.Mđm = 588,6 Nm Với

n1 

60  f 60  50   1500 vg / ph p 2

s đm 

n1  nđm 1500  1460   0,0266 n1 1500

b. Tính P1; Q1 : P1 

Pđm 45   50 kW  0,9

Q = P1.tg = 50.0,75 = 37,5 kVAr (hoặc có thể tính:

P1 

3U đm  I đm  cos 

;

Q1 

3U đm  I đm  sin  )

c. Tính dòng điện và mô men khi động cơ mở máy sao: - Dòng mở máy là: Imm = Imm /3 = 328,4 A - Mômen mở máy là: Mmm = Mmm /3 = 196,2 Nm 9. Cho động cơ không đồng bộ 3 pha 6 cực có U đm = 380V; đấu Y; tần số f = 50Hz; Pđm = 28 kw; nđm = 980 vòng/phút; Cos  = 0,88; tổn hao đồng và sắt Stato là 2,2 kw; tổn hao cơ là 1,1 kw ( Bỏ qua tổn hao phụ ) Khi tải định mức hãy xác định: - Tổn hao đồng rôto? - Hệ số trượt? 85

- Hiệu suất? - Dòng điện Stato? - Tần số dòng điện rôto? GIẢI - Hệ số trượt S Ta có : n1 = S=

60 f 60.50   1000 vòng/phút P 3

n1  n 1000  980   0,02 n1 1000

- Tổn hao đồng rôto Ta có : Pcơ = Pđm + Pco+ Pphu = 28 +1,1 + 0 = 29,1( Kw ) Mặt khác : Pcơ = (1-S)Pđt Pđt =

Pco 29,1  29,7 kW 1  s 1  0,02

Vậy tổn hao đồng roto Pcu2 = S0Pđt = 0,02.29,7 = 0,594 (KW) - Hiệu suất:  =

P2 Trong đó: P1

P2 = Pđm = 28 KW P1 = Pđm + Pstato = 29,7 + 2,2 = 31,9 (KW) 

28  0,88 31,9

suy ra  % = 88%

- Dòng điện stato : I =

P1 3U dm cos 

31900



3.380.0,88

 56,11 ( A )

- Tần số dòng điện roto: f2 = s.f1 = 0,02.50 = 1( Hz ) 10. Một động cơ điện không đồng bộ ba pha rô to lồng sóc có các thông số kỹ thuật sau: Pđm = 40kW; Uđm = 380 V;  = 0,95; cosđm = 0,8. Làm việc ở điện áp nguồn 3pha 380/220V. Tính a) Mô men định mức Mđm và dòng điện định mức Iđm của động cơ. b) Dùng máy biến áp tự ngẫu để mở máy cho động cơ. Tính điện áp thứ cấp máy biến áp để dòng điện mở máy giảm 2,5 lần so với dòng điện mở máy khi mở máy trực tiếp. GIẢI a. Tính Mđm; Iđm: - Tốc độ góc của rôto: r = 2..nđm/60 86

= 2. .1420/60 = 148,63 (rad/s) - Mômen định mức của rôto: Mđm

= Pđm/r = 40.103/148,63 = 269,125 (Nm)

- Dòng điện định mức của động cơ: I đm 

Pđm 3.U đm . . cos  đm



40.103  79,97( A) 3.380.0,95.0,8

b. Tính điện áp phía thứ cấp của máy biến áp tự ngẫu để dòng mở máy bằng 2,5 so với dòng mở máy trực tiếp: - Hệ số biến áp của máy biến áp tự ngẫu: k ba 

2,5 =

1,58.

- Điện áp phía hạ áp máy biến áp: U2 = U1 /kba = 380/1,58 = 240,5 (V) 11. Sơ đồ dây quấn động cơ không đồng bộ. 11.1. Sơ đồ dây quấn động cơ không đồng bộ ba pha. 11.1.1. Khái niệm chung về dây quấn. * Nhiệm vụ. Dây quấn stato có nhiệm vụ tạo ra từ trường quay. * Các yêu cầu kỹ thuật. Trong quá trình làm việc dây quấn được đấu vào nguồn, số vòng dây quấn sẽ do điện áp định mức động cơ quyết định, còn tiết diện dây sẽ được quyết định bởi dòng điện chạy qua nó. Nói cách khác chính công suất quyết định tiết diện dây. * Phân loại dây quấn. - Căn cứ vào số cạnh tác dụng của mỗi rảnh chia ra ta có dây quấn 1 lớp và dây quấn 2 lớp. - Căn cứ vào hình dạng của nhóm bối dây ta có dây quấn đồng tâm hoặc đồng khuôn. 11.1.2. Những cơ sở để vẽ sơ đồ dây quấn. * Bối dây. Là một hay nhiều vòng dây được quấn định hình theo một kích cỡ nào đó và đặt vào trong rãnh stato. * Cạnh tác dụng. Ta gọi mỗi cạnh của bối dây được lồng vào rãnh là cạnh tác dụng. Mỗi bối dây có 2 cạnh tác dụng. - Khi quấn dây quấn 1 lớp thì mỗi rãnh chứa 1 cạnh tác dụng. 87

- Khi quấn dây quấn 2 lớp thì mỗi rãnh chứa 2 cạnh tác dụng bao gồm cạnh tác dụng trên và cạnh tác dụng dưới. Cạnh tác dụng trên: Là cạnh tác dụng nằm ở phần trên rãnh được vẽ bằng nét liền. Cạnh tác dụng dưới: Là cạnh tác dụng nằm dưới đáy rãnh được vẽ bằng nét đứt. * Đầu nối bối dây. Là phần dây quấn không nằm trong lõi thép mà dùng để nối liên kết 2 cạnh tác dụng lại với nhau. * Bước bối dây. Là khoảng cách giữa 2 cạnh tác dụng của cùng 1 bối dây. * Nhóm bối dây. Bao gồm một hoặc nhiều bối dây mắc nối tiếp nhau. Mỗi nhóm bối có 2 đầu dây ra.

Hình 3.31 Sơ đồ nhóm dây đồng khuôn tập trung (hình a), sơ đồ nhóm dây đồng tâm tập trung (hình b). * Bước cực từ Là bề rộng của 1 cực từ trong khoảng không gian của stato. =

Z 2p

Trong đó: Z: là số rãnh của stato 2p: là số cực từ : là bước cực từ, tính bằng rãnh.

* Góc lệch pha giữa 2 rãnh liên tiếp. đ =

180



=

p.360 Z

đ tính bằng độ điện (0điện) * Góc lệch giữa các pha. - Nếu chọn góc lệch là 1200 thì:

ABC =

2  3

- Nếu chọn góc lệch là 2400 thì:

ABC =

4  3

88

* Số rãnh của mỗi pha dưới mỗi cực. q= Với:

 m

m: là số pha của bộ dây quấn, m = 3 q: tính bằng rãnh/ pha/ cực.

* Sự phân chia nhóm bối dây của 1 pha. Khi quấn dây dạng tập trung ở những động cơ công suất bé và khi giá trị q lớn thì bộ dây có phần đầu nối dài, gây khó đóng nắp đồng thời làm tăng từ tản ở đầu nối bối dây làm giảm hệ số công suất của động cơ. Vì vậy khi quấn dây để giảm các đặc tính xấu nêu trên người ta chia nhóm bối dây của 1 pha dưới 1 cặp cực từ thành 2 nhóm bối nhỏ gọi là dây quấn phân tán. Khi đó ta có 2 trường hợp: - Nếu q là số nguyên chẵn ta có nhóm thành phần = q/2. - Nếu q là số nguyên lẽ ta có 2 nhóm thành phần, một nhóm chứa nhóm còn lại chứa

q 1 bối. 2

q 1 bối dây và 2

11.1.3. Phân loại dây quấn. * Theo số cạnh tác dụng trong rãnh. - Dây quấn 1 lớp (1 rãnh chỉ chứa 1 cạnh tác dụng). - Dây quấn 2 lớp (mỗi rãnh chứa 2 cạnh tác dụng). * Theo hình dạng nhóm bối dây. Đây là cách phân loại cũng như tên gọi phổ biến cho các dạng dây quấn. Chia thành các loại như sau: - Dây quấn đồng tâm: + Đồng tâm tập trung + Đồng tâm phân tán - Dây quấn đồng khuôn: + Đồng khuôn tập trung + Đồng khuôn phân tán: Đồng khuôn phân tán đơn giản. Đồng khuôn phân tán phức tạp (móc xích). - Dây quấn xếp. - Dây quấn sóng. Mỗi loại dây quấn có đặc điểm, sự tiện dụng khác nhau tùy thuộc vào công nghệ quấn hay đặc tính điện tạo nên từ bộ dây của động cơ, và mỗi loại cũng có ưu và khuyết điểm của nó. * Dây quấn đồng tâm phân tán. 89

Được hình thành bởi các nhóm bối dây đồng tâm, vì có số nhóm bối dây một pha bằng 2p nên luôn được đấu cực thật. Khi trình bày dạng dây quấn này, phải thể hiện các đầu nối của các cuộn dây mỗi pha; nằm trên 3 lớp phân cách khác nhau tượng trưng cho 3 mặt phẳng trải dây thực tế. Vì vậy dây quấn này còn gọi là “Dây quấn đồng tâm phân tán 3 mặt phẳng”. - Ưu điểm : + Vô hẳn liên tục cả pha, tránh được các mối nối giữa các nhóm trong cùng 1 pha. + Thời gian gia công lắp đặt nhanh. + Bớt khối lượng dây đồng so với dạng đồng tâm tập trung. - Khuyết điểm : + Các đầu bối dây nằm ở 3 lớp phân cách nên choán chỗ nhiều. + Việc lót cách điện giữa các pha cần phải cẩn thận. + Tốn thời gian làm bộ khuôn quấn dây. + Còn tồn tại sóng bậc 3 ảnh hưởng đến tính năng của động cơ. * Dây quấn đồng tâm tập trung. Được hình thành bởi các nhóm bối dây đồng tâm, vì có số nhóm bối dây một pha bằng p nên luôn được đấu cực giả. Thường áp dụng cho loại động cơ có 2p = 2 và  chẵn. Khi trình bày dạng dây quấn này nên vẽ các đầu nối bối dây của các pha nằm trên 2 bậc phân cách tượng trưng cho 2 mặt phẳng trải dây thực tế. Vì vậy dây quấn này còn gọi là “Dây quấn đồng tâm tập trung 2 mặt phẳng”. - Ưu điểm : + Việc lắp đặt dây quấn stator dễ dàng, khi lắp đặt từng nhóm bối dây được lắp kế tiếp, xong hoàn tất 3 pha mới đấu nối dây lại. + Thời gian lắp đặt nhanh, ít tốn giấy lót cách pha giữa các nhóm. + Các đầu cuộn dây vì được bố trí trên 2 lớp phân cách nên thu gọn, bớt choán chỗ hơn. - Khuyết điểm : + Tốn khối lượng dây đồng hơn dạng nhóm đồng khuôn. + Tốn thời gian làm bộ khuôn quấn dây. + Nói chung dạng dây quấn đồng tâm 2 & 3 mặt phẳng đều có đầu cuộn dây choán chỗ nhiều so với dạng đồng khuôn. - Còn tồn tại sóng bậc 3, nên ảnh hưởng phần nào đến tính năng vận hành của động cơ. * Dây quấn đồng khuôn 1 lớp (xếp đơn). Dạng dây quấn này được hình thành bởi các nhóm bối dây đồng khuôn, lắp đặt xếp chồng lên nhau kiểu lợp ngói. Đồng khuôn tập trung thì đấu cực thật, còn đồng khuôn phân tán thì đấu cực giả. 90

- Ưu điểm : + Các đầu bối dây do xếp lớp nên được thu gọn. + Tiết kiệm được khối lượng dây đồng. + Với dây quấn phân tán có bước ngắn nên triệt được sóng bậc 3, nâng cao tính năng vận hành của động cơ. + Đỡ tốn thời gian làm khuôn quấn dây. - Khuyết điểm : + Thời gian gia công lâu. + Việc đấu dây có thể dễ bị nhầm lẫn. + Hao tốn nhiều vật liệu cách điện giữa các pha. Dây quấn 1 lớp thường được dùng cho động cơ có công suất nhỏ (từ 1KW đến 6KW). * Dây quấn đồng khuôn 2 lớp (xếp kép). Cũng như dạng đồng khuôn 1 lớp, nhưng mỗi rãnh chứa 2 cạnh bối dây và các bối dây cũng được xếp chồng gối lên nhau, được đấu cực thật. - Ưu điểm : + Các đầu bối dây do chỉ có số vòng bằng ½ số vòng so với dạng đồng khuôn 1 lớp nên được thu gọn hơn. + Thường được thực hiện bước ngắn nên tiết kiệm được khối lượng dây đồng so với các dạng khác và dễ làm khuôn quấn dây. + Triệt được sóng bậc 3 nên nâng cao tính năng vận hành của động cơ. - Khuyết điểm : + Thời gian gia công lâu. + Việc đấu dây có thể dễ bị nhầm lẫn. + Hao tốn nhiều vật liệu cách điện giữa các pha. Dây quấn 2 lớp thường được dùng cho động cơ có công suất lớn (từ 10KW trở lên). * Theo bước bối dây. - Dây quấn bước đủ: y =  - Dây quấn bước ngắn: y =

2  �  1 3

- Dây quấn bước dài: y >  * Theo số rãnh của mỗi pha dưới mỗi cực. - Dây quấn tập trung. - Dây quấn phân tán. * Theo cách bố trí các đầu bối dây 91

- Dạng đầu nối bố trí trên 1 mặt phẳng. - Dạng đầu nối bố trí trên 2 mặt phẳng. - Dạng đầu nối bố trí trên 3 mặt phẳng. 11.1.4. Phương pháp vẽ sơ đồ dây quấn stato động cơ KĐB 3 pha, q là số nguyên. 11.1.4.1. Dây quấn 1 lớp. * Trình tự tính toán: - Xác định tổng số rãnh Z, số cực 2p, dạng dây quấn. - Xác định bước cực từ:  =

Z 2p

- Xác định bước dây quấn y: + Dây quấn bước đủ: y =  + Dây quấn bước ngắn: y =

2  �  1 3

- Xác định số rãnh phân bố cho mỗi pha dưới 1 bước cực từ: q =

 m

- Xác định khoảng cách chứa đầu vào giữa các pha: + Nếu chọn góc lệch là 1200 thì:

ABC =

2  3

+ Nếu chọn góc lệch là 2400 thì:

ABC =

4  3

* Các bước vẽ sơ đồ dây quấn: - Vẽ các đường thẳng song song và bằng số rãnh Z, mỗi đường thẳng tượng trưng cho 1 rãnh. - Chia bước cực từ . - Căn cứ vào giá trị của q phân bố số rãnh của mỗi pha dưới 1 bước cực từ. - Vẽ các nhóm bối dây của cùng 1 pha lại với nhau. - Đấu dây giữa các nhóm trong cùng 1 pha theo nguyên tắc sau: + Nếu số nhóm bối dây của 1 pha bằng số cực 2p ta đấu cực thật: Đầu, đầu – Cuối – cuối.

92

Hình 3.32 Sơ đồ đấu dây cực thật: Đầu, đầu – Cuối – cuối. + Nếu số nhóm bối dây của 1 pha bằng ½ số cực 2p ta đấu cực giả: Cuối, đầu – Cuối – đầu.

Hình 3.33 Sơ đồ đấu dây cực giả: Cuối, đầu – Cuối – đầu. - Kiểm tra cực từ của bộ dây bằng cách cho dòng điện vào ở 2 pha và dòng điện đi ra ở pha còn lại. - Vẽ chiều dòng điện cho các rãnh theo nguyên tắc: + Trong mỗi vùng cực, các rãnh có cùng chiều dòng điện. + Hai vùng cực kế cận sẽ có chiều dòng điện ngược nhau. + Chọn vùng cực đầu tiên từ trái sang có chiều dòng điện từ dưới lên. - Trong mỗi vùng cực từ, căn cứ vào giá trị q để xác định số rãnh của mỗi pha dưới mỗi bước cực, từ đó đánh dấu pha cho rãnh theo trình tự A, C, B. Ví dụ 1: Tính toán và vẽ sơ đồ dây quấn dạng đồng khuôn tập trung cho động cơ 3 pha có Z = 24, 2p = 4.

Giải * Trình tự tính toán: - Xác định bước cực từ:  

ZS 24  = 6 (rãnh) 2p 4

- Xác định bước dây quấn y: Dây quấn bước đủ: y =  = 6 rãnh. - Xác định số rãnh phân bố cho mỗi pha dưới 1 bước cực từ: q = - Chọn góc lệch là 1200 thì:

ABC =

2  = 4 rãnh. 3

93

 m

= 2 rãnh.

* Các bước vẽ sơ đồ dây quấn: - Vẽ các đường thẳng song song và bằng số rãnh Z, mỗi đường thẳng tượng trưng cho 1 rãnh.

Hình 3.34 Sơ đồ trãi các rãnh trong động cơ 3 pha có Z = 24, 2p = 4. - Chia bước cực từ .

Hình 3.35 Sơ đồ trãi các rãnh trong động cơ 3 pha được chia theo  có Z = 24, 2p = 4 .

- Căn cứ vào giá trị của q phân bố số rãnh của mỗi pha dưới 1 bước cực từ theo thứ tự A C B.

Hình 3.36 Sơ đồ trãi các rãnh của động cơ 3 pha được chia theo từng pha có Z = 24, 94

2p = 4, m=3 - Vẽ các nhóm bối dây của cùng 1 pha lại với nhau và đấu dây. + Vẽ và đấu dây pha A.

Hình 3.37 Sơ đồ trãi pha A của động cơ 3 pha kiểu đồng khuôn tập trung Z = 24, 2p = 4, m=3 + Vẽ và đấu dây pha B.

Hình 3.38 Sơ đồ trải dây quấn pha A và pha B của động cơ 3 pha kiểu đồng khuôn tập trung Z = 24, 2p = 4, m=3 + Vẽ đấu dây pha C và hoàn chỉnh sơ đồ.

Hình 3.39 Sơ đồ trãi dây quấn của động cơ 3 pha kiểu đồng khuôn tập trung Z = 24, 95

2p = 4, m=3. - Kiểm tra cực từ của bộ dây.

Hình 3.40 Sơ đồ trãi dây quấn của động cơ 3 pha khi cho chiều dòng điện và, kiểu đồng khuôn tập trung 2p=4, Z =24,m=3.

Ví dụ 2. Tính toán và vẽ sơ đồ dây quấn dạng đồng khuôn phân tán đơn giản cho động cơ 3 pha có Z = 24, 2p = 2. Giải Học sinh tự tính toán và sơ đồ được vẽ như sau:

96

Hình 3.41 Sơ đồ trãi dây quấn của động cơ 3 pha kiểu đồng khuôn phân tán Z = 24, 2p = 2, m=3. Ví dụ 3. Tính toán và vẽ sơ đồ dây quấn dạng đồng tâm tập trung, đầu nối bố trí trên 1 mặt phẳng cho động cơ 3 pha có Z = 24, 2p = 4. Giải Học sinh tự tính toán và sơ đồ được vẽ như sau:

Hình 3.42 Sơ đồ dây quấn của động cơ 3 pha kiểu đồng tâm tập trung Z = 24, 2p = 4, m=3. Ví dụ 4. Tính toán và vẽ sơ đồ dây quấn dạng đồng tâm tập trung, đầu nối bố trí trên 2 mặt phẳng cho động cơ 3 pha có Z = 24, 2p = 4.

Giải 97

Học sinh tự tính toán và sơ đồ được vẽ như sau:

Hình 3.43 Sơ đồ trãi dây quấn của động cơ 3 pha kiểu đồng tâm tập trung hai mặt phẳng Z = 24, 2p = 4, m=3. Ví dụ 5. Tính toán và vẽ sơ đồ dây quấn động cơ không đồng bộ 3 pha, có Z = 24 rãnh, 2p = 2, m = 3, kiểu đồng tâm tập trung 1 lớp. Xác định các số liệu ban đầu - Số rãnh Z = 24 rãnh - Số cực từ 2p = 2 - Loại dây quấn 1 lớp kiểu đồng khuôn tập trung. Tính toán các thông số: - Bước cực từ  

Z 24   12 rãnh 2P 4

- Số rãnh 1 pha trên 1 bước cực từ : q 

  12    4 (rãnh) m 3 3

- Xác định bước dây quấn y =  = 12 rãnh (vì dây quấn bước đủ)

98

1

2

3

4

5

A

6

7

8

Z

9

10

11

12

B

13

14

15

16

17

18

19

X

20

21

22

23

C

24

Y

Hình 3.44 Sơ đồ dây quấn của động cơ 3 pha kiểu đồng tâm tập trung Z = 24, 2p = 2, m=3. Ví dụ 6. Tính toán, vẽ sơ đồ trải bộ dây stato động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha rôto lồng sóc dây quấn đồng khuôn tập trung bước đủ: Z = 36, 2p = 6. Tính toán: q = Z/2p.m = 36/6.3 = 2 (rãnh) y =  = Z/2p = 36/6 = 6 (khoảng cách)

Hình 3.45 Sơ đồ dây quấn Z = 24, 2p = 4, m=3. kiểu đồng khuôn tập trung bước đủ: Z = 36, 2p = 6, m=3. Ví dụ 7. Tính toán và vẽ sơ đồ dây quấn động cơ không đồng bộ 3 pha, có Z = 36 rãnh, 2p = 4, m = 3, kiểu đồng khuôn tập trung 1 lớp. Xác định các số liệu ban đầu - Số rãnh Z = 36 rãnh - Số cực từ 2p = 4 - Loại dây quấn 1 lớp kiểu đồng khuôn tập trung.

99

* Tính toán các thông số: - Bước cực từ  

Z 36   9 rãnh 2P 4

- Số rãnh 1 pha trên 1 bước cực từ : q 

  9    3 (rãnh) m 3 3

- Xác định bước dây quấn y =  = 9 rãnh (vì dây quấn bước đủ)

Hình 3.46 Sơ đồ dây quấn của động cơ 3 pha kiểu đồng khuôn tập trung bước đủ: Z = 36, 2p = 4. Ví dụ 8. Tính toán và vẽ sơ đồ trải bộ dây stato máy điện xoay chiều 3 pha rôto lồng sóc theo kiểu đồng tâm một lớp bước đủ đặt tập trung với số liệu sau: Z = 36 rãnh ; 2p = 4,  

Z  9 rãnh, q = 3 rãnh 2p

Hình 3.47 Sơ đồ dây quấn động cơ 3 pha đồng tâm tập trung bước đủ: Z = 36, 2p = 4. Ví dụ 9. 100

Tính toán và vẽ sơ đồ trải bộ dây stato máy điện xoay chiều 3 pha rôto lồng sóc theo kiểu đồng tâm một lớp, đặt tập trung, bố trí trên 2 mặt phẳng với số liệu sau: Z = 36; 2p = 4. Học sinh tự tính toán.

Hình 3.48 Sơ đồ dây quấn động cơ 3 pha kiểu đồng tâm tập trung bước đủ hai mặt phẳng: Z = 36, 2p = 4. 11.1.4.2. Dây quấn 2 lớp. Đối với dây quấn 2 lớp thường gặp ở dạng đồng khuôn. Trường hợp này để lập sơ đồ dây quấn ta dùng phương pháp lập bảng hình thành các nhóm bối dây cho từng pha. Trong dây quấn 2 lớp ta thường gặp bối dây bước ngắn, vì loại dây quấn này thường gặp trong động cơ công suất trung bình và công suất lớn. Tác dụng của bối dây khi quấn bước ngắn được liệt kê như sau: - Làm giảm từ trường tản và có khả năng triệt hay giảm nhỏ sóng điều hoà bậc cao, cải thiện đặc tính mở máy cho động cơ. - Giảm khối lượng dây đồng do sử dụng bước ngắn. Phương pháp xây dựng sơ đồ dây quấn xếp 2 lớp. - Lấy các số liệu cơ bản: Z, 2p, loại dây quấn bước đủ hay bước ngắn. - Xác định các tham số cơ bản: : , ABC , q. - Xác định bước dây quấn y: Dây quấn bước đủ: y =  Dây quấn bước ngắn : y =

2  �  1 3

- Xác định y’: Là khoảng cách giữa cạnh chứa đầu cuối bối trước đến cạnh chứa đầu đầu bối kế tiếp. Trong dây quấn đồng khuôn 2 lớp thường y’ = y – 1.

- Lập bảng. 101

Ví dụ ta tiến hành lập bảng cho nhóm bối dây của pha A như sau:

Tiến hành tương tự cho các pha còn lại. - Các bước vẽ sơ đồ dây quấn và đấu dây tương tự như dây quấn 1 lớp. Ví dụ 1: Cho động cơ 3 pha có Z = 36, 2p = 4. Tính toán và vẽ sơ đồ dây quấn 2 lớp dạng bước ngắn cho stato động cơ. Giải - Các số liệu cơ bản: Z = 36, 2p = 4, dây quấn bước ngắn. - Xác định các tham số cơ bản: : , ABC , q.

 q=

Z 36   9 (rãnh) 2p 4  m

= 3 rãnh.

102

ABC =

2  = 6 rãnh. 3

- Xác định bước dây quấn y: Chọn dây quấn bước ngắn: y =

2  �  1  6 �9 rãnh. 3

Ta chọn y = 8. - Xác định y’ y’ = y – 1 = 8 – 1 = 7 rãnh. - Lập bảng.

- Vẽ sơ đồ dây quấn cho pha A.

Hình 3.49 Sơ đồ dây quấn cho pha A của động cơ 3 pha dạng 2 lớp bước ngắn: y=8, Z = 36, 2p = 4. 103

- Vẽ sơ đồ dây quấn cho pha B.

Hình 3.50 Sơ đồ dây quấn cho pha B động cơ 3 pha dạng 2 lớp bước ngắn: y=8, Z = 36, 2p = 4. - Vẽ sơ đồ dây quấn cho pha C.

Hình 3.51 Sơ đồ dây quấn cho pha C động cơ 3 pha dạng 2 lớp bước ngắn: y=8, Z = 36, 2p = 4.

104

- Vẽ sơ đồ dây quấn hoàn chỉnh cho cả 3 pha.

Hình 3.52 Sơ đồ hoàn chỉnh cho động cơ 3 pha dạng dây quấn 2 lớp bước ngắn: y=8, Z = 36, 2p = 4. * Nếu chọn y = 7 ta có sơ đồ như sau: - Vẽ sơ đồ trãi dây quấn pha A

Hình 3.53 Sơ đồ dây quấn cho pha A động cơ 3 pha dạng 2 lớp bước ngắn: y=7, Z = 36, 2p = 4.

105

- Vẽ sơ đồ trãi dây quấn hoàn chỉnh cho 3 pha

Hình 3.54 Sơ đồ hoàn chỉnh cho động cơ 3 pha dạng dây quấn 2 lớp bước ngắn: y=7, Z = 36, 2p = 4. Ví dụ 2: Cho động cơ 3 pha có Z = 24, 2p = 4. Tính toán và vẽ sơ đồ dây quấn 2 lớp, bước ngắn cho stato động cơ. + Tính bước cực:  =

Z 24   6 ( rãnh). 2P 4

+ Số rãnh dưới một cực của một pha: q=

Z 24   2 (rãnh). 2m.P 3.4

+ Thứ tự pha A  B  C = 2q + 1 = 5 (rãnh). Bước ngắn: y = 4 - Sơ đồ dây quấn được vẽ như sau:

Hình 3.55 Sơ đồ hoàn chỉnh cho động cơ 3 pha dạng dây quấn 2 lớp bước ngắn: y=4, Z = 24, 2p = 4. 106

* Trường hợp bước đủ: y = 6.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4

A Z B

C

X

Y

Hình 3.56 Sơ đồ hoàn chỉnh cho động cơ 3 pha dạng dây quấn 2 lớp bước ngắn: y=6, Z = 24, 2p = 4. Ví dụ 3: Cho động cơ không đồng bộ ba pha có Z = 24, 2p = 2. Vẽ sơ đồ dây quấn xép kép 2 lớp có bối dây quấn bước ngắn. Z = 24, 2p = 2, dây quấn xép kép 2 lớp, bước dây quấn bước ngắn. 

Z 24   12 rãnh 2p 2

/1bước cực

đ 

180 0 180 0   150 điện  12

q

 12   4 rãnh/1 pha/1 bước cực từ m 3

Bước 3: ymax =  - 1 = 12 – 1 = 11 rãnh ymin =

2 2   .12  8rãnh 3 3

ta chọn 8  y  11 , Ta chọn y = 10 rãnh

107

1 2 3 4 5 6 7 8 9 01 2 3 4 5 6 7 8 9 01 2 3 4

A

Z

B

X

C

Y

Hình 3.57 Sơ đồ hoàn chỉnh cho động cơ 3 pha dạng dây quấn 2 lớp bước ngắn: y=10, Z = 24, 2p = 2. 11.2. Sơ đồ dây quấn động cơ không đồng bộ một pha. Động cơ bơm, động cơ kéo. - Đặc điểm của dây quấn 1 pha không có dạng q là phân số, do đó tổng số rãnh phải phân bố theo tỷ lệ định trước cho pha chính và pha phụ. - Nếu gọi QA là tổng số rãnh phân bố cho pha chính. QB là tổng số rãnh phân bố cho pha phụ. Ta có tỷ lệ phân bố như sau:

QA  QB QA  2QB QA  3QB - Phân bố theo các tỷ lệ này thường dùng cho dây quấn 1 lớp, 2 lớp và đôi khi có những trường hợp ngoại lệ. * Công thức và ký hiệu. Khi dùng dây quấn 1 lớp hoặc 2 lớp ta có các công thức và ký hiệu sau: Gọi qA: là số rãnh phân bố cho pha chính/1 bước cực từ. qB: là số rãnh phân bố cho pha phụ/1 bước cực từ. Ta có các quan hệ sau:

qA 

QA 2p

; qB 

QA  QB  Z ; 108

QB 2p

q A  qB  

- Tuỳ theo loại động cơ 1 pha hay 2 pha, khi dùng dây quấn 1 lớp hay 2 lớp ta có thể chọn các phân bố sau: - Điều kiện sử dụng phân bố QA  QB + Muốn sử dụng phân bố QA  QB 

Z cho dây quấn stato cần có q A , qB là các 2

số nguyên. + q A  qB 

 nguyên �  là bội số của 2. 2

+ Vậy muốn sử dụng phân bố QA  QB ta cần điều kiện



là bội số của 2

- Điều kiện sử dụng phân bố QA  2QB + Khi QA = 2QB ta có: QA 

Z 2Z ; QB  3 3

+ Muốn q A , qB là các số nguyên

2 1 � q A   ; � qB   nguyên �  là 3 3

bội số của 3. + Vậy muốn sử dụng phân bố QA  2QB ta cần điều kiện



là bội số của 3

- Điều kiện sử dụng phân bố QA  3QB + Khi QA = 3QB ta có: QA 

3Z Z ; QB  4 4 3 4

+ Muốn q A , qB là các số nguyên � q A   ;

1 � qB   nguyên �  là 4

bội số của 4. + Vậy muốn sử dụng phân bố QA  3QB ta cần điều kiện



là bội số của 4

* Phương pháp xây dựng sơ đồ dây quấn. Trình tự tính toán. - Xác định các số liệu cơ bản: Z, 2p, dạng dây quấn. - Xác định các tham số : , đ . =

Z 2p

,

1800 đ = 

- Tuỳ theo  là bội số của 2, 3 hay 4 ta chọn phân bố rãnh cho pha chính và phụ sau đó tính qB và qA.

109

- Phân bố rãnh cho pha chính và pha phụ theo ,

q A , qB , phương pháp thực hiện

tương tự như động cơ 3 pha. - Tuỳ theo dạng dây quấn cần vẽ ta tạo đầu nối cho các nhóm bối dây, cách đấu dây giữa các nhóm trong cùng 1 pha giống như động cơ 3 pha. Ví dụ 1: Tính toán xây dựng sơ đồ dây quấn 1 lớp dạng đồng khuôn tập trung cho stato động cơ 1 pha có Z = 24, 2p = 4. Giải - Các số liệu cơ bản: Z = 24, 2p = 4, dạng dây quấn đồng khuôn tập trung. - Xác định các tham số : , đ . =

Z 24   6 rãnh. 2p 4

1800 1800 đ =   300  6 Ta có  = 6 vừa là bội số của 2 và 3. Ta có thể dùng phân bố QA  QB hay

QA  2QB cho dây quấn stato động cơ. Trong thí dụ này ta chọn phân bố QA  QB để vẽ sơ đồ dây quấn. Khi chọn phân bố này ta có:

QA  QB 

Z 24   12 rãnh 2 2

q A  qB 

 6   3 rãnh. 2 2

Các bước vẽ sơ đồ dây quấn tiến hành tương tự như trong động cơ 3 pha.

Hình 3.58 Sơ đồ dây quấn dạng đồng khuôn tập trung 1 lớp cho động cơ 1 pha có Z = 24, 2p = 4. 110

Ví dụ 2: Tính toán xây dựng sơ đồ dây quấn 1 lớp dạng đồng khuôn phân tán cho stato động cơ 1 pha có Z = 24, 2p = 4. - Học sinh tự tính toán. - Sơ đồ dây quấn được vẽ như sau:

Hình 2.57 Sơ đồ dây quấn dạng đồng khuôn phân tán 1 lớp cho động cơ 1 pha có Z = 24, 2p = 4. Ví dụ 3: Tính toán xây dựng sơ đồ dây quấn 1 lớp dạng đồng tâm tập trung cho stato động cơ 1 pha có Z = 24, 2p = 4. - Các số liệu cơ bản: Z = 24, 2p = 4, dạng dây quấn đồng tâm tập trung. - Xác định các tham số : , đ . =

Z 24   6 rãnh. 2p 4

1800 1800 đ =   300  6 Ta có  = 6 vừa là bội số của 2 và 3. Ta có thể dùng phân bố QA  QB hay

QA  2QB cho dây quấn stato động cơ. Trong thí dụ này ta chọn phân bố QA  QB để vẽ sơ đồ dây quấn. Khi chọn phân bố này ta có:

QA  QB 

Z 24   12 rãnh 2 2

q A  qB 

 6   3 rãnh. 2 2

- Sơ đồ dây quấn được vẽ như sau:

111

Hình 3.60 Sơ đồ dây quấn dạng đồng tâm tập trung 1 lớp cho động cơ 1 pha có Z = 24, 2p = 4. Ví dụ 4: Tính toán xây dựng sơ đồ dây quấn 1 lớp dạng đồng tâm phân tán cho stato động cơ 1 pha có Z = 24, 2p = 2. - Các số liệu cơ bản: Z = 24, 2p = 2, dạng dây quấn đồng tâm phân tán. - Xác định các tham số : , đ . =

Z 24   12 rãnh. 2p 2

1800 1800 đ =   150  12 Ta có  = 12 vừa là bội số của 2, 3 và 4. Ta có thể dùng phân bố QA  QB ,

QA  2QB , QA  3QB cho dây quấn stato động cơ. Trong thí dụ này ta chọn phân bố QA  2QB để vẽ sơ đồ dây quấn. Khi chọn phân bố này ta có:

QA 

Z 24 2 Z 2.24   16 rãnh ; QB    8 rãnh. 3 3 3 3

1 12 2 2.12 qA     8 rãnh ; qB     4 rãnh. 3 3 3 3 - Sơ đồ dây quấn được vẽ như sau:

112

Hình 3.61 Sơ đồ dây quấn dạng đồng tâm phân tán 1 lớp cho động cơ 1 pha có Z = 24, 2p = 2. Ví dụ 5: Tính toán và vẽ sơ đồ dây quấn động cơ không đồng bộ 1 pha, có Z = 36 rãnh, 2p = 4, kiểu đồng khuôn phân tán. Xác định các số ban đầu: - Số rãnh Z = 36 của stato - Số cực từ 2p = 4 - Loại dây quấn đồng khuôn phân tán. Tính toán các thông số: - Bước cực từ  

Z 36   9 (rãnh) 2p 4 2 3

2 3

- Số rãnh cuộn dây làm việc (dây chạy) Q A  .Z  .36  24 rãnh)

1 1 - Số rãnh cuộn dây đề QB  Z  .36  12 (rãnh) 3 3 - Tổng số rãnh pha chạy và pha đề trên một bước cực từ

qA 

QA 24   6 (rãnh) 2p 4

qB 

QB 12   3 (rãnh) 2p 4

113

1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6

A

B

X

Y

Hình 3.62 Sơ đồ dây quấn dạng đồng khuôn phân tán 1 lớp cho động cơ 1 pha có Z = 36, 2p = 4. 12. Đấu vận hành động cơ. 12.1. Kiểm tra quy ước các dây đầu, dây cuối 12.1.1. Động cơ 3 pha. * Xác định cực tính động cơ không đồng bộ ba pha: Kí hiệu đầu dây: Động cơ không đồng bộ ba pha có ba dây quấn. Mỗi pha dây quấn có một đầu gọi là đầu đầu, đầu còn lại gọi là đầu cuối. Trên các sơ đồ nguyên lý, các pha dây quấn thường được kí hiệu bằng ba chử cái: - Pha A: AX (A là đầu đầu, X là đầu cuối). - Pha B: BY (B là đầu đầu, Y là đầu cuối). - Pha C: CZ (C là đầu đầu, Z là đầu cuối). Dây quấn đặt lệch pha nhau trong không gian một góc 1200 điện Xác định từng cuộn dây : Dùng đồng hồ VOM ở thang đo Ohm xác định hai đầu dây cùng một pha. Sau khi xác định được đầu của các cuộn dây quấn và đánh đầu đầu vào đầu cuối của từng cuộn dây. Xác định cực tính cuộn dây: Chúng ta biết dây quấn các pha của động cơ không đồng bộ ba pha đặt lệch nhau trong không gian một góc 1200 điện, do đó nếu xác định được cực tính của dây quấn A hoặc dây quấn B, đồng thời 2 dây quấn nối vào mạch điện áp thì từ thông của dây quấn pha A và B sẽ móc vòng qua dây quấn C. Ngược lại 1 trong 2 cuộn dây nhằm cực tính, sẽ không có từ thông móc vòng. Từ đó chúng ta thí nghiệm xác định các cực tính của các cuộn dây như sau: 114

Dùng điện áp một chiều Dùng nguồn điện áp một chiều và milivôn kế (hoặc vôn kế) một chiều nối vào cuộn dây theo thứ tự như hình vẽ:

B

A

C

B

A

C

mV

+

V

U K

X

Y

Z

K

X

Y

Z

Hình 3.63 Sơ đồ đấu dây xác định cực tính động cơ 3 pha Đóng khoá K, quan sát sự dịch chuyển của mili vôn kế: - Nếu kim vôn kế chỉ một trị số (theo chiều dương) rồi trở về không thì các đầu dây AX. BY, CZ đã được đặt đúng tên. - Nếu kim mili vôn kế chỉ ngược đầu các đầu dây AX, BY đã đựơc đặt đúng tên, nhưng dây quấn pha C phải đặt lại: đầu C đổi thành Z, Z đổi thành C. - Nếu kim mili vôn kế không dịch chuyển khi đóng khoá K. Dây quấn pha B (hoặc dây quấn pha A) phải đặt lại tên: Đầu pha B đổi thành Y, Y đổi thành B. Sau đó đóng khoá K quan sát sự dịch chuyển của kim mili vôn kế có kết quả như trên. Cách 2: Dùng nguồn điện xoay chiều: Dùng nguồn xoay chiều điện áp thấp (khoảng 15% điện áp định mức cuộn dây pha). Các này cho phép xác định cực tính của từng cặp dây quấn. - Xác định cực tíng của pha A và pha B Nguồn điện và vôn kế xoay chiều nối với các cuộn dây theo thừ tự. Có hai trường hợp xãy ra: + Nếu mili vôn (V) có trị số nào đó thì các đầu dây AX và BY đã được đặt đúng tên. + Nếu vôn kế (V) chỉ trị số 0 thì dây quấn pha B phải đặt lại tên: đổi đầu B thành đầu Y, đầu Y thành B. - Xác định pha A và pha C: Đổi vị trí hai pha B và pha C cho nhau, nối mạch điện tương tự như trên. + Nếu mili vôn (V) có trị số nào đó thì các đầu dây CZ đã được đặt đúng tên. + Nếu vôn kế (V) chỉ trị số 0 thì dây quấn pha C phải đặt lại tên: đổi đầu C thành đầu Z, đầu Z thành C.

115

Thường động cơ không đồng bộ ba pha có 6 đầu dây ra để tùy theo điện áp của nguồn mà đấu Y hoặc đấu D cho phù hợp với điện áp nguồn. Các đầu dây này mỗi nhà sản xuất có ký hiệu khác nhau, sau đây là một số ký hiệu thường gặp của một số nước sản xuất: PHA

Tiêu chuẩn

Tiêu chuẩn Đức

Động cơ: Pháp, Động cơ: Nhật, Việt Nam… Rumani……

(LX cũ) TOCT183-55 Đầu

Cuối

Đầu

Cuối

Đầu

Cuối

Đầu

Cuối

1

C1

C4

U

C5

V

V

Y

3

C3

C6

W

X Y Z

X

C2

A B C

U

2

R S T

W

Z

12.1.2. Động cơ 1 pha. Thông thường động cơ không đồng bộ một pha thường sử dụng với hai cấp điện áp 110v và 220v. Do đó thường được đưa ra ngoài đấu dây có 6 dây và được đánh số thứ tự từ 1  6. 12.2. Đấu động cơ vào lưới điện. 12.2.1. Động cơ 3 pha: * Cách đấu tam giác (D): Khi trên thẻ máy của động cơ có ghi điện áp định mức 220/380V và động cơ được lắp đặt vận hành với mạng điện 127/220V, thì động cơ phải đấu dây theo hình D mới phù hợp với điện áp thấp của nguồn.

Hình 3.64 Sơ đồ đấu dây chế độ Δ của động cơ 3 pha Theo cách đấu này, thì đầu cuối của pha thứ nhất đấu với đầu của pha thứ hai và đầu cuối của pha thứ hai đấu với đầu đầu của pha thứ nhất theo thứ tự xoay tròn, tạo thành các cặp AZ, BX, CY và 3 cặp dây này nối với ba pha nguồn P 1, P2, P3, để động cơ làm việc.

116

* Cách đấu hình sao (Y): Nếu động cơ 3 pha nói trên được lắp đặt vận hành với mạng điện 220/380V – 3Ph thì động cơ phải đấu theo hình sao mới phù hợp với điện áp cao của nguồn. Theo cách đấu này thì 3 đầu chụm lại thành một mối còn lại 3 đầu cuối đầu vào nguồn P1, P2 ,P3, để động cơ làm việc hoặc ngược lại ta chụm 3 đầu cuối còn 3 đầu đầu đưa vào nguồn để động cơ làm việc.

Hình 3.65 Sơ đồ đấu dây chế độ Y của động cơ 3 pha 12.2.2. Động cơ 1 pha: * Động cơ vận hành ở điện áp 220v:

Hình 3.66 Sơ đồ đấu dây động cơ một pha vào lưới điện, Cuộn đề khởi động điện áp 220v 117

* Động cơ vận hành với điện áp 110v :

Hình 3.67 Sơ đồ đấu dây động cơ một pha vào lưới điện, Cuộn đề khởi động điện áp 110v 12.2.3. Kiểm tra các thông số: dòng điện, tốc độ Kiểu máy: Được ký hiệu bằng các chữ in và các số biểu thị kiểu động cơ ( kiểu kín,kiểu hở, kiểu bảo vệ….), hình thức của máy, loại rọto, số cực….. Ví dụ: một động cơ điện của Trung Quốc sản xuất: J062-4: động cơ rôto lồng sóc, kiểu kín, bệ máy số 6, số đoạn lõi sất là 2, số từ cực 2P = 4. Công suất định mức ở đầu trục động cơ Pđm ( W, KW): Đây là công suất cơ, nói lên khả năng sinh công của động cơ. Ngoài đơn vị tính bằng W,KW, còn tính bằng sức ngựa HP, 1HP = 736W. Điện áp định mức Uđm (V): Trên thẻ máy thường ghi hai trị số điện áp tương ứng với cách đấu dây giữa ba pha của động cơ. Ví dụ: D/Y – 220/380V nghĩa là: + Khi nguồn ba pha có Ud = 220V thì dây quấn ba pha của động được đấu hình D. + Khi nguồn ba pha có Ud = 380V thì đấu hình Y. Dòng điện định mức Iđm(A): Đây là dòng điện dây của cuộn dây stato lấy từ nguồn điện khi điện áp đặt vào động cơ là định mức và trục động cơ kéo phụ tải định mức. Trên thẻ máy cũng thường ghi hai trị số dòng điện, ví dụ : 6,6A/3,8A, đó là cường độ dòng điện dây tương ứng với cách đấu D và Y. Tốc độ quay định mức nđm (vòng/phút): là tốc độ quay của rôto khi điện áp đặt vào động cơ là định mức và mômen cản trên trục rôto là định mức. Hiệu suất định mức  đm: là tỷ số giữa công suất cơ trên trục động cơ và công suất điện mà động cơ tiêu thụ khi phụ tải định mức. Kiểm tra dòng điện không tải: Dùng Ampke kẹp đo kiểm dòng điện trong từng pha có đạt yêu cầu vận hành không tải hay không. Kiểm tra quy ước các dây đầu, dây cuối. Đấu động cơ vào lưới điện. Kiểm tra các thông số: dòng điện, tốc độ.

118

13. Tháo lắp, bảo dưỡng động cơ. 13.1. Trình tự tháo động cơ. Bước 1: Tháo dây cấp nguồn và dây tiếp đất (nếu có): Mở dây dẫn tại các hộp nối hoặc tháo các mối nối, sau đó bọc cách điện các đường dây từ nguồn đến. Chú ý, phải đánh dấu thứ tự các pha đối với động cơ 3 pha. Bước 2: Tháo động cơ ra khỏi máy công tác. Trước tiên phải làm dấu giữa phần lắp ghép của động cơ với máy công tác. Dùng công cụ chuyên dùng tháo và đưa động cơ ra ngoài. Sau khi đưa động cơ ra ngoài, quan sát lại vị trí hiện trạng nơi lắp ráp để có phương pháp xử lý. Bước 3: Làm dấu vị trí giữa thân máy và nắp máy. Dùng đột dấu hoặc sơn dầu làm dấu nắp trước, nắp sau và thân máy. Cách làm dấu phải rõ ràng, dễ phân biệt. Bước 4: Tháo puli ra khỏi trục động cơ. Quan sát puli xem có chốt khóa hay không, nếu có trước tiên phải mở chốt bằng dụng cụ thích hợp. Dùng giẻ lau sạch phần trục động cơ, nếu trục bị sét thì có thể dùng giấy nhám mịn đánh sạch. Sau đó dùng dầu bôi trơn phần trục máy. Dùng cảo (có độ rộng thích hợp) để cảo puli ra khỏi trục máy. Nếu puli có đường kính lớn và sử dụng lâu ngày, trước khi cảo có thể dùng búa gỗ đánh nhẹ quanh puli. Bước 5: Tháo cánh quạt. Làm dấu vị trí của nắp che cánh quạt. Làm dấu chiều thuận của cánh quạt, sau đó dùng cảo, vít dẹp hoặc công cụ thích hợp khác tháo cánh quạt ra khỏi trục động cơ. Bước 6: Tháo nắp máy. Dùng dụng cụ thích hợp như kềm, vít vặn, cle... để mở các bulon. Dùng búa gỏ nhẹ xung quanh nắp máy (tại chổ ăn khớp với thân máy), sau đó láy nắp máy ra khỏi thân máy. Bước 7: Rút rotor. Khi đưa rotor ra ngoài, lõi thép rotor không được chạm bộ dây quấn stator. Dùng vải hoặc băng đai băng kín phần đầu nối của dây quấn. Nếu động cơ nhỏ có thể đưa rotor ra ngoài bằng tay, còn nếu động cơ lớn thì phải dùng các công cụ trợ lực như: palang, tời hoặc con đội ... Bước 8: Tháo bạc đạn. Dùng dầu bôi trơn phần trục máy, sau đó dùng cảo (có độ rộng thích hợp) để cảo bạc đạn ra khỏi trục.

119

13.2. Làm sạch động cơ. Làm sạch bụi bẩn trong và ngoài động cơ. Dùng giẻ lau, chổi quét ... để làm sạch bụi bẩn trong và ngoài động cơ. Trường hợp động cơ bám nhiều dầu mở thì rửa sạch bằng dầu hỏa hoặc dung môi phù hợp, sau đó lau khô bằng giẻ sạch. 13.3. Kiểm tra tổng quát tình trạng động cơ. - Xem xét vỏ máy. Kiểm tra các ren lổ định vị nắp máy. Kiểm tra tình trang của các bullon. Kiểm tra các rãnh thông gió. Kiểm tra tình trạng ăn mòn do hóa chất. Kiểm tra chân đế cố định xuống nền. Sau đó tùy vào hư hỏng mà có cách xử lý phù hợp. - Kiểm tra rôto. Kiểm tra độ cân bằng của trục máy. Kiểm tra các thanh lồng sóc, vành ngắn mạch. Kiểm tra tình trang cách điện của dây quấn rotor (phần đầu nối, cách điện miệng rãnh...). Kiểm tra vành trượt, giá đỡ chổi than và các bộ phận liên quan. Sau đó tùy vào hư hỏng mà có phương pháp sửa chữa phù hợp hoặc thay thế mới. - Kiểm tra bạc đạn. Quay thử, kiểm tra độ trơn của vòng bi. Kiểm tra độ lệch ngang (mòn, rơ) của vòng bi. Kiểm tra độ khít của ổ (xem vòng bi có bị “lỏng lưng” hay không). Sau đó tiến hành vô đàu mở bôi trơn, đóng sơ mi (cho trường hợp vòng bi bị “lỏng lưng”) hoặc thay thế vòng bi mới. - Kiểm tra dây quấn stato. Kiểm tra độ cách điện của các cuộn dây (cách điện pha, cách điện với võ máy). Kiểm tra dây dẫn điện đến hộp nối. Kiểm tra và thay thế các đoạn dây đai bị già hóa. 13.4. Ráp động cơ. Qui trình lắp ĐC được tiến hành ngược với qui trình tháo ở trên. - Lắp bạc đạn. - Lắp rôto và stato. - Lắp nắp máy vào thân máy. 120

13.5. Kiểm tra hoàn tất. - Kiểm tra lại độ an toàn của máy điện. - Đấu điện vào động cơ. - Đo kiểm tra dòng điện không tải. 14. Quấn lại bộ dây stato động cơ không đồng bộ. 14.1. Tháo và vệ sinh động cơ. - Dùng kềm, cưa hoặc đục cắt bỏ một đầu nối của bối dây. Chú ý là phải giữ lại vài đoạn để lấy số liệu. - Dùng vít dẹp (loại vít đóng) bẩy mạnh ở phần đầu nối kia để tháo bối dây ra ngoài. Có thể chia thành nhiều tao nhỏ để giảm lực thao tác. Trường hợp cuộn dây được tẩm vecni quá cứng, không thực hiện như trên được thì tiến hành như sau: - Dùng vít dẹp (vít đóng) hoặc lưỡi cưa sắt phá bỏ nêm tre ở miệng rãnh. - Dùng kềm nhọn tháo từng tao dây ra ngoài. - Khi đã tháo được khoảng 1/3 thì có thể bẩy phần đầu nối để lấy toàn bộ phần còn lại ra ngoài. - Dùng dao nhọn, lưỡi cưa sắt cạo sạch giấy cách điện, vecni còn bám bên trong rãnh. - Dùng dao bén, dũa mịn, giấy nhám cắt bỏ phần bazớ nếu miệng rãnh, răng bị trầy xướt. - Cạo sạch lau khô bụi bẩn. 14.2. Khảo sát và vẽ lại sơ đồ dây quấn. - Xác định số nhóm bối dây trong 1 pha. - Tìm các đầu dây đấu liên kết giữa các nhóm. - Xác định kiểu dây quấn (tập trung hay phân tán). - Vẽ lại sơ đồ hoàn chỉnh. - Kiểm tra lại số cực từ, tốc độ quay theo số liệu trên nhãn máy. * Thu thập các số liệu cần thiết. - Đếm lại chính xác số vòng của mỗi bối dây. - Đo lại đường kính dây quấn bằng panmer. - Ghi các số liệu vừa ghi nhận được lên sơ đồ đã vẽ. 14.3. Thi công quấn dây. Lót cách điện rãnh stato động cơ.

121

14.3.1. Đo kích thước rãnh stato:

Hình 3.68 Rãnh động cơ 14.3.2. Xác định kích thước giấy cách điện rãnh.

Hình 3.69 Xác định kích thước giấy cách điện rãnh. - Với động cơ 1 pha có P  100W: L1 = (3  4)mm. - Với động cơ 1 pha có 100W  P  500W: L1 = (4  5)mm. - Với động cơ 1 pha có 500W  P  1000W: L1 = (5  6)mm. - Với động cơ 1 pha có P  1000W: L1 = (6  10)mm. 14.3.3. Gấp giấy cách điện rãnh: - Gấp bìa lần 1 theo kích thước L1

Hình 3.70 Gấp giấy cách điện rãnh 122

Chú thích: h: là chiều cao rãnh stato; a: là chiều rộng của đáy rãnh stato; L: là chiều dài thực tế rãnh stato; L1: là phần bìa gấp bên ngoài rãnh stato - Gấp bìa lần 2 theo kích thước a và h.

Hình 3.71 Gấp giấy hoàn thiện bìa lót rãnh - Lồng bìa cách điện (sau khi đã gấp theo kích thước) vào rãnh stato. Khi lót cách điện rảnh cho các động cơ có công suất nhỏ dưới 1HP, có thể chọn giấy dày 0,2mm. Nếu động cơ lớn hơn, cấp cách điện A, thì chọn bề dày giấy từ 0,35 0,40mm. Đối với động cơ có công suất lớn, nên tăng cường thêm 1 lớp giấy phim, hoặc mica... tùy theo cấp cách điện. Để tăng cường độ bền về cơ, nên gấp mí ở đầu miệng rãnh, tránh giấy cách điện bị rách trong lúc uốn nắn dây. Quấn các bối dây. - Gá khuôn và má ốp lên bàn quấn theo thứ tự tăng dần kích thước. Chú ý các rãnh xẻ ở má ốp phải đặt cùng một phía. - Chỉnh kim bàn quấn về 0, chuẩn bị quấn dây. - Đối với loại dây quấn đồng tâm: bắt đầu quấn từ khuôn nhỏ nhất, rải các vòng dây song song, xếp đều trên bề mặt khuôn. - Đủ số vòng của một bối thì kéo qua bối tiếp theo tại chỗ xẻ rãnh trên má ốp. - Quấn xong, tháo các bối dây ra khỏi bàn quấn. - Buộc cố định các bối dây ở hai cạnh của từng bối, sắp xếp theo đúng thứ tự.

Hình 3.72 Hướng dẫn buộc các bin dây quấn

123

Lồng dây vào rãnh stato. - Nắn định hình các bối dây theo độ dài của từng bước dây quấn trên stator. - Dùng sáp bôi trơn hai cạnh tác dụng của bối dây. - Sắp xếp các nhóm bối dây theo đúng thứ tự. - Bắt đầu lồng bối nhỏ nhất vào rãnh: Dùng tay đưa từng tao dây vào rãnh. Dùng dao tre chải dây sâu xuống đáy rãnh. Chú ý, đầu dây ra của từng bối phải đặt ở đáy rãnh. Xong rãnh nào phải úp miệng rãnh ngay. Bìa úp miệng rãnh phải che được từ 1/3 đến 2/3 chiều sâu đáy rãnh. Nêm miệng rãnh bằng tre hoặc phíp cách điện. Nắn sửa phần đầu nối tròn, gọn không cọ lõi thép, không chạm võ. - Tiếp tục lồng bối lớn hơn theo qui trình tương tự cho đến hết. - Đấu sơ bộ các nhóm bối dây. Lót cách điện đầu nối, hàn dây ra và đai phần đầu bộ dây. - Cắt giấy cách điện pha đúng kích thước. Có thể dùng 2 hoặc 4 mẩu giấy cách điện cho mỗi đầu. - Đưa giấy cách điện vào chổ giao nhau giữa cuộn đề và cuộn chạy (đối với động cơ một pha); giữa các nhóm bối của các pha (đối với động cơ ba pha). Chỉnh sửa, kiểm tra sự cách điện giữa chúng. - Đấu dây theo sơ đồ. - Cạo sạch đầu dây cần đấu, hàn chắc, cách điện bằng gen. - Đầu dây ra phải luồn gen khoảng 5cm sâu vào trong rãnh. Hàn chắc với dây dẫn, cách điện bằng ống gen ra đến bên ngoài.

Hình 3.73 Hướng dẫn hàn và cách điện các mối nối Đai dây. Sau khi đã uốn nắn định hình bộ dây quấn theo dự tính. Hàn đấu dây giữa các nhóm cuộn, hàn nối các đầu dây dẫn mềm bọc cách điện PVC hoặc cao su. Rồi định vị nơi tập trung đưa dây ra hộp nối. Cuối cùng tiến hành đai bộ dây quấn và nắn định hình lần cuối để việc đai dây làm cho bộ dây quấn vững chắc. Cụ thể: - Dùng dây đai buộc mối gút đầu tiên. 124

- Đai chặt từng nhóm bối dây, chỉnh sửa giấy cách điện. Dùng búa nhựa chỉnh sửa phần đầu nối tròn đều: trong không cọ rotor, ngoài không chạm võ máy. - Tại vị trí các đầu dây ra phải có ít nhất là 2 mối buộc. - Tiếp tục cho đến hết. 14.4. Lắp ráp và vận hành thử. Sau khi đai dây xong ta lại sử dụng ôm kế kiểm tra thông mạch của từng cuộn dây, kiểm tra cách điện giữa các cuộn dây với nhau, giữa cuộn dây với lõi sắt một lần nữa. Nếu các cuộn dây chạm nhau hoặc chạm lõi sắt phải sửa chữa khắc phục sự cố xong mới tiến hành tiếp các phần việc sau: - Lắp rotor, nắp máy. - Vận hành thử đo thông số dòng điện không tải: Đối với động cơ một pha và 3 pha: I0 = (0,3  0,5)Iđm. Nếu dòng không tải quá cao hoặc quá thấp thì phải tìm hiểu nguyên nhân và xử lý sự cố. Sau đó mới tiến hành tẩm sấy cuộn dây. Sau khi tẩm sấy xong, kiểm tra thông mạch, kiểm tra cách điện, dòng điện không tải một lần nữa rồi cho xuất xưởng. C. Câu hỏi, bài tập. Câu 1: Tính toán xây dựng sơ đồ dây quấn 1 lớp dạng đồng tâm phân tán cho stato động cơ 1 pha có Z = 36, 2p = 4. Câu 2: Tính toán xây dựng sơ đồ dây quấn 1 lớp dạng đồng tâm phân tán cho stato động cơ 3 pha có Z = 36, 2p = 6. Câu 3: Một động cơ 3 pha roto lồng sóc có Pđm = 14kw, tốc độ định mức 1450 vòng/phút, hiệu suất định mức 0,885; hệ số công suất định mức 0,8; điện áp định mức M max I mm M  5,5 ; mm  1,3 ,  2 , điện áp lưới 220V. 127/220V, I dm M dm M dm

125

BÀI 4: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ A. Mục tiêu bài giảng: - Phân tích được cấu tạo, nguyên lý, các phản ứng phần ứng xảy ra trong máy phát điện đồng bộ. - Điều chỉnh được điện áp máy phát đúng phương pháp đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật. - Vận dụng được các phương pháp hòa đồng bộ máy phát điện đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và an toàn. - Bảo dưỡng và sửa chữa được những hư hỏng thông thường của máy điện đồng bộ theo tiêu chuẩn kỹ thuật. - Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, chính xác, tư duy khoa học và sáng tạo. B. Nội dung chính 1. Định nghĩa và công dụng 1.1. Định nghĩa Những máy điện xoay chiều có tốc độ quay rôto n bằng đúng tốc độ quay của từ trường stato n1 gọi là máy điện đồng bộ. máy điện đồng bộ có hai dây quấn: dây quấn satto nối với lưới điện có tần số f không đổi, dây quấn roto được kích từ bằng dòng điện một chiều.Ở chế độ xác lập, máy điện đồng bộ có tốc độ quay rôto luôn không đổi khi tải thay đổi. 1.2. Công dụng: 1.2.1. Chế độ máy phát. Máy phát điện đồng bộ là nguồn điện chính của lưới điện quốc gia, trong đó động cơ sơ cấp là các tua bin hơi, tuabin khí hoặc tuabin nước.

˜ Hình 4.1 Máy điện đồng bộ Ở các lưới điện công suất nhỏ, máy phát điện đồng bộ được kéo bởi các động cơ điêzen hoặc xăng, có thể làm việc đơn lẻ hoặc hai ba máy làm việc song song

126

1.2.2. Chế độ động cơ Động cơ đồng bộ công suất lớn được sử dụng trong công nghiệp luyện kim, khai thác mỏ, thiết bị lạnh, truyền động các máy bơm, nén khí, quạt gió .v.v. Động cơ đồng bộ công suất nhỏ được sử dụng trong các thiết bị như đồng hồ điện, dụng cụ tự ghi, thiết bị lập chương trình, máy bù đồng bộ. 1.2.3. Chế độ máy bù đồng bộ : dùng để phát công suất phản kháng cho lưới điện để bù hệ số công suất và ổn định điện áp. 2. Cấu tạo máy điện đồng bộ

Hình 4.2 Cấu tạo của máy phát đồng bộ 2.1. Kết cấu của máy điện đồng bộ cực lồi : Cấu tạo máy điện đồng bộ gồm hai bộ phận chính là stato và rôto. Stato là phần tĩnh (còn gọi là phần ứng), rôto là phần quay (còn gọi là phần cảm). Kết cấu của máy điện đồng bộ cực lồi : - Rôto làm bằng thép hợp kim chất lượng cao được rèn thành khối, gia công phay rãnh để đặt dây quấn kích từ, phần không phay rãnh hình thành mặt cực từ. Máy có thể được chế tạo với số cực 2p = 2, 4 nên tốc tốc độ cao. - Dây quấn kích từ đặt tronh rãnh của roto được chế tạo bằng dây đồng trần tiết diện hình chữ nhât quấn theo chiều mỏng thành các bối dây đồng tâm. Các vòng dây được cách điện với nhau. Hai đầu của dây quần thì đi luồn vào trong lồng trục nối với hai vành trượt và chổi than. Stato tương tự như của máy điện không đồng bộ, lõi thép được ép bằng tôn silic 741 dày 0,5mm có phủ sơn cách điện 2 mặt, dọc theo lõi thép stato từ 3-6 cm có rãnh thông gió ngang trục rộng 10mm. 2.2. Kết cấu của máy đồng bộ cực lồi : Các cực lồi được chế tạo với số cực 2p > 4. Đường kính roto D có thể lớn tới 15m. Chiều dài l nhỏ lại tỉ lệ I/D = 0,15 đến 0,2. Roto của máy điện đồng bộ cực lồi công suất nhỏ và trung bình có lõi thép đuộc chế tạo bằng thép thúc và gia công thành khối lăng trụ hoặc khối hình trụ trên có đặt các cực từ. 127

Các cực từ trên lõi thép roto được ghép bằng các lá thép dày 1 – 1,5mm, cố định cực từ trên lõi thép nhờ đuôi hình T, ốc,... Dây quấn kích từ được dây đồng trần tiết diện hình chữ nhật, các cuộn dâu sau khi gia công được lồng vào các thân cực. - Dây quấn cản (trường hợp máy phát điện đồng bộ) hoặc dây quấn mở máy (trường hợp động cơ điện đồng bộ) được đặt trên các đầu cực. Được làm bằng các thanh đồng hoặc thanh nhôm, ghai đầu cực được nối với hai đầu ngắn mạch. Dây quấn mở máy có điện trở lớn hơn dây quấn cản. Dây quấn cản mục đích để cản dịu sự dao động của roto khi các quá trình quá độ và làm bớt sự không đối xứng của các chế độ làm việc. Dây quấn quấn kích từ được chế tạo từ dây đồng trần tiết diện chữ nhật, các cuộn dây sau khi gia công được lồng vào các thân cực. - Stato của máy điện đồng bộ cực lồi stato của máy điện cực ẩn. - Trục của máy đồng bộ cực lồi có thể đặt nằm ngang như các động cơ đồng bộ, máy bù đồng bộ, máy phát Diexzen, máy phát tuốc bin nước nước công suất nhỏ 3. Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ:

Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý của máy phát điện đồng bộ Dòng điện kích từ (dòng điện không đổi) vào dây quấn kích từ sẽ tạo nên từ trường rôto φo Khi quay rôto bằng động cơ sơ cấp, từ trường của rôto sẽ cắt dây quấn phần ứng stato và cảm ứng sức điện động xoay chiều hình sin có trị số hiệu dụng: E0 = 4,44fW1kdqφo. Trong đó : E0, f, w1 , kdq, φo : sức điện động pha, số vòng dây quấn một pha, hệ số dây quấn, từ thông cực từ rotor. Nếu rôto có p đôi cực, tần số f của sức điện động:

n1 

60.f p

Dây quấn ba pha stato có đặt lệch nhau trong không gian một góc 120 0 điện, cho nên sức điện động các pha lệch nhau góc pha 1200 Trong dây quấn stato xuất hiện một nguồn điện ba pha đối xứng. Khi dây quấn stato nối với tải, trong các dây quấn có dòng điện ba pha: iA = Imax sinωt iB = Imaxsin(ωt – 1200) 128

iC = Imaxsin(ωt – 2400) Dòng điện ba pha được tạo ra giống như ở máy điện không đồng bộ sẽ tạo nên từ trường quay, với tốc độ là

n1 

60.f p

đúng bằng tốc độ quay n của rôto.

Do đó máy điện này gọi là máy điện đồng bộ. Máy điện đồng bộ có thể làm việc như 1 động cơ điện, nếu mắc cuộn dây stato của nó một dòng 3 pha của lưới. Lúc này rotor quay theo chiều với tốc độ chính của từ từ trường quay. 4. Phản ứng phần ứng của máy phát điện đồng bộ Khi máy phát điện làm việc, từ thông của cực từ rôto φ0 cắt dây quấn stato cảm ứng ra sức điện động E0 chậm pha so với nó một góc 900. Dây quấn stato nối với tải sẽ tạo nên dòng điện I cung cấp cho tải, dòng điện I tạo nên từ trường quay phần ứng (stato). Tác dụng của từ trường phần ứng (stato) lên từ trường cực từ (rôto) gọi là phản ứng phần ứng. Tải thuần trở : Góc lệch pha φ = 0, E0 và I cùng pha.

Hình 4.4 φ = 0, tải thuần trở Dòng điện I sinh ra từ trường phần ứng phần ứng φư cùng pha với dòng điện. tác dụng của từ trường phần ứng φ lên từ trường cực từ φ0 theo hướng ngang trục, làm lệch hướng từ trường cực từ (rôto) φ0 ta gọi là phản ứng phần ứng ngang trục Tải thuần cảm: φ = 0

Hình 4.5 φ = 900 , Tải thuần dung góc lệch pha : φ = 900 Dòng điện I sinh ra từ trường phần ứng phần ứng φư ngược pha với φ0 ta gọi phản ứng dọc trục khử từ, có tác dụng làm giảm từ trường tổng Tải thuần dung : φ = - 900 129

Từ thông phần ứng φư cùng chiều φ0, gọi là phản ứng phần ứng dọc trục trợ từ có tác dụng làm tăng từ trường tổng. Tải bất kỳ Phân tích từ trường phần ứng thành hai thành phần: Thành phần ngang trục làm lệch hướng từ trường tổng; Thành phần dọc trục khử từ hoặc trợ từ tùy theo tính chất của tải Phản ứng phần ứng của máy phát điện đồng bộ vừa phụ thuộc vào dòng điện tải I (độ lớn bé) vừa phụ thuộc vào tính chất của tải ( thuần trở, thuần cảm và thuần dung). 5. các đăc tính của máy phát điện đồng bộ 5.1. Các phương trình cơ bản Khi FĐB làm việc sơ đồ tương đương được biểu diễn như hình 4.6, trong đó:  Zư: Là tổng trở dây quấn phần ứng;  E0: Là sức điện động phát ra;  U: Là điện áp cấp cho tải;  I: Là dòng điện qua tải. * Phương trình cân bằng điện áp

Hình 4.6 Sơ đồ tương đương của FĐB

E0 = U + IZư

Với:

Zư

X u2  Ru2

;

Thông thường: Rư  Xư nên có thể viết thành: E0 = U + IXư

* Công suất điện từ Máy phát điện thực hiện việc biến đổi công suất cơ học của động cơ sơ cấp thành công suất điện cấp cho phụ tải. Qua trình biến đổi sẽ có các tổn hao như: tổn hao sắt, tổn hao đồng, tổn hao do ma sát, tiếp xúc… Công suất điện từ đặc trưng cho lượng công suất điện mà máy phát có thể cung cấp cho tải. Pđt = P3p = 3UpIp.cos

E0

Người ta đã chứng minh được:

U

Pđt =

Trong đó:

I.ZƯ



 là góc lệch giữa U, E0 130

* Momen điện từ: Mđt = Với:

=

Pdt P  dm  

2 .n : Là tốc độ góc; Thay vào, ta được: 60

M

P 60.p  2.n 2.n ; thu gọn lại trở thành: 60

M=

5.2. Các đặc tính cơ bản * Đặc tính không tải

Hình 4.7 Đặc tính không tải của FBĐ E0 = f(Ikt); I = 0; n = nđb = const. Đặc tính này biểu diễn mối quan hệ giữa sức điện động E 0 và dòng điện kích từ, khi máy phát chưa ăn tải. Đặc tính không tải được biểu diễn như hình 3.9b

131

* Đặc tính ngoài

Hình 4.8 Đặc tính ngoài U = f(I); IKT = const, n = nđb = const Khi máy phát mang tải điện áp trên tải sẽ thay đổi phụ thuộc vào độ lớn và tính chất của tải. Đồ thị được biễu diên như hình 3.10.  Nếu tải thuần trở hoặc có tính cảm kháng thì điện áp trên tải sẽ giãm thấp hơn lúc không tải.  Nếu tải có tính dung thì điện áp sẽ tăng lên. * Đặc tính điều chỉnh

Hình 4.9 Đặc tính điều chỉnh Đặc tính này biểu diễn mối quan hệ giữa Dòng điện kích từ và Dòng điện tải khi tốc độ quay và điện áp không đổi. IKT = f(I); n = nđb = const; U = const. Vận dụng đặc tính này để điều chỉnh kích từ phù hợp khi tải thay đổi nhằm giữ ổn định điện áp.

132

6. Đấu song song các máy phát điện: 6.1. Điều kiện hoà đồng bộ Hoà đồng bộ là vấn đề đấu các máy phát điện làm việc song song với nhau hoặc đấu máy phát điện làm việc song song với lưới. Mục đích của việc hoà đồng bộ là nhằm tăng công suất truyền tải. Hoà đồng bộ phải thoả các yêu cầu sau đây: - Điện áp máy phát và điện áp lưới phải bằng nhau về độ lớn và trùng pha nhau. - Tần số máy phát phải bằng tần số lưới. - Thứ tự pha của máy phát và lưới phải trùng nhau. Khi thực hiện hoà đồng bộ phải thoã mãn đồng thời cả 3 điều kiện trên. Nếu không thoã mãn sẽ có Dòng điện lớn chạy quẩn trong máy gây hư hỏng máy phát và sự cố đường dây. Khi ghép song song việc điều chỉnh điện áp U F của máy phát điện được thực hiện bằng cách thay đổi dòng điện kích thích của máy . Tần số F F của máy được điều chỉnh bằng cách thay đổi mômen hoặc tốc độ quay của động cơ sơ cấp kéo bằng đèn phát. Sự trùng pha giữa điện áp của máy phát điện và của lưới điện kiểm tra bằng đèn, vôn mét chỉ không hoặc dụng cụ đo đồng bộ . Thứ tự pha của máy phát điện đồng bộ thường chỉ được kiểm tra một lần sau khi lắp ráp máy và hòa đồnmg bộ với lưới điện lần đầu. Việc ghép song song các máy phát điện vào hệ thống điện theo các yêu cầu trên gọi là hòa đồng bộ không chính xác nghĩa là không phải so sánh tần số, trị góc pha và các điện áp của máy phát điện cần được ghép song song và của lưới điện, phương pháp này gọi là phương pháp tự đồng bộ 6.2. Các phương pháp hoà đồng bộ * Phương pháp tự đồng bộ

Hình 4.10 Phương pháp tự đồng bộ - Cầu dao 2CD đặt ở vị trí số 1 để nối dây quấn kích từ qua điện trở triệt từ R.

133

Động cơ sơ cấp quay máy phát đến tốc độ gần bằng tốc độ đồng bộ thì đóng cầu doa 1CD để nối dây quấn phần ứng vào lưới điện. Lúc này sẽ có sức điện động cảm ứng rất lớn sinh ra ở mạch phần cảm. Nhưng nó được triệt tiêu nhờ điện trở R. - Sau đó đảo cầu dao 2CD về vị trí 2 để kích từ cho máy. Máy phát bắt đầu làm việc; Sau 1 thời gian dao động máy phát sẽ tự đồng bộ các thông số với. - Phương pháp này chỉ cho phép áp dụng với các máy phát có công suất nhỏ; Thường sử dụng cho các máy phát dự phòng cung cấp điện trong trong phạm vi hẹp (cơ quan, xí nghiệp).

* Phương pháp đèn tối

Hình 4.11 Phương pháp đèn tối hòa đồng bộ FĐB - Máy phát F1 đang phát điện cho lưới; - Máy phát F2 cần hòa vào lưới; - Đ1, Đ2, Đ3: Bộ hòa đồng bộ; - Volt kế: Kiểm tra điện áp lưới và điện áp máy phát F2. - Máy phát F2 cần hoà lưới. Bộ đồng bộ gồm có 3 bóng đèn Đ 1, Đ2,Đ3 sẽ làm việc theo qui luật: + Khi UF  UL

 DU =

UL UF

+ Khi fF  fL

 Df =

fL  fF

= UĐ  0

= fĐ  0

 Đèn sáng

 Đèn chớp tắt chu kỳ.

- Thời điểm chớp tắt của từng đèn sẽ cho biết thứ tự các pha: Như vây, nếu: + UF = UL

 DU = UĐ = 0  Đèn tắt.

+ fF = fL

 Df = 0  đèn không chớp tắt. 134

+ Trùng thứ từ pha: Các đèn cùng sáng hoặc cùng tắt. Từ đó: Thời điểm hoà đồng bộ lý tưởng nhất là khi cả 3 đèn cùng tối. Nhưng trên thực tế, để chọn đúng thời điểm trên là rất khó nên mạch thường được thao tác như sau: - Khi chu kỳ sáng tối của các đèn từ (3 – 5)s thì có thể đóng cầu dao 1CD để hoà F 2 vào lưới. - Sau đó tiếp tục điều chỉnh đến khi nào cả 3 đèn tắt hẳn thì quá trình hoà đồng bộ kết thúc. 7. Động cơ điện đồng bồ và máy bù đồng bộ 7.1. Động cơ điện đồng bộ 7.1.1. Đặc điểm  Ưu điểm  Có độ ổn định cao về tốc độ do momen quay tỉ lệ bậc nhất với điện áp.  Do được kích thích bằng nguồn DC nên có thể điều chỉnh để đạt cos = 1.  Nhược điểm  Cấu tạo phức tạp nên khó khăn trong vận hành bảo quản và giá thành khá cao  Mở máy phức tạp  Khó điều chỉnh tốc độ chỉ thức hiện được duy nhất 1 phương pháp là thay đổi tần số nguồn cung cấp 7.1.2. Phương trình cân bằng điện áp

Hình 4.12 Quan hệ giữa dòng điện và điện áp của ĐĐB U = E0 + I.Zư

Trong đó:  E0: Sức phản điện.  I: Dòng điện qua động cơ;  Zư: Tổng trở mạch phần ứng. Nhìn vào ta thấy: 135

 IKT thay đổi thì E0 sẽ thay đổi;  Mà U = const nên I thay đổi (về góc lẹch pha).  Điều chỉnh IKT đến giá trị nào đó thì I trùng pha U nên  = 0  Cos  = 1. 7.1.3. Các phương pháp mở máy động cơ đồng bộ * Dây quấn mở máy - Trên rotor của động cơ đồng bộ, ngoài dây quấn kích từ còn có dây quấn mở máy. - Dây quấn mở máy thường dùng dạng thanh dẫn được nối ngắn mạch. - Nhiệm vụ của dây quấn mở máy là tạo ra momen mở máy ban đầu cho động cơ. - Khi cho nguồn 3 pha vào dây quấn stator sẽ tạo ra từ trường quay. - Từ trường sẽ quét qua dây quấn mở máy xuất hiện dòng điện cảm ứng là phát sinh momen quay. Lúc này động cơ quay như động cơ không đồng bộ. Để đưa động cơ vào đồng bộ ta dùng các phương pháp sau:

Hình 4.13 Dây quấn mở máy ở ĐĐB * Mở máy bằng phương pháp đồng bộ

Hình 4.14 Mở máy ĐĐB bằng phương pháp đồng bộ 136

- Sơ đồ mở máy như hình 4.14. - Đặt 2CD tại vị trí số 1 để nối dây quấn phần cảm qua điện trở triệt từ. - Dùng 1 động cơ sơ cấp kéo động cơ đồng bộ quay đến tốc độ gần bằng tốc độ đồng bộ. - Đóng nguồn xoay chiều vào động cơ bằng cầu dao 1CD và cắt nguồn động cơ sơ cấp. - Đảo 2CD sang vị trí 2 để kích từ cho động cơ. Lưu ý: Phương pháp này chỉ được áp dụng để mở máy cho các động cơ đồng bộ chạy không tải tải nhỏ (vì tải lớn thì công suất của động cơ sơ cấp cũng phải lớn theo gây lãng phí). 7.1.4. Mở máy bằng phương pháp không đồng bộ

Hình 4.15 Mở máy ĐĐB bằng phương pháp không đồng bộ Đa số các ĐĐB đều mở máy theo phương pháp không đồng bộ. Để áp dụng được phương pháp này ở mạch rotor phải có dây quấn mở máy.  Sơ đồ mở máy như hình 3.17.  Đóng nguồn xoay chiều 3 pha vào dây quấn stator. Từ trường quay sinh ra sẽ làm rotor quay như động cơ không đồng bộ.  Sau đó cấp nguồn kích từ cho dây quấn rotor (đóng 2CD sang vị trí 2) từ trường cực từ sẽ làm tăng dần tốc độ động cơ đến tốc độ đồng bộ. Quá trình đưa động cơ vào đồng bộ kết thúc.  Lưu ý: Phương pháp này được sử dụng phổ biến do đơn giản dễ thực hiện. Nhưng khi mở máy sẽ có dòng điện mở máy lớn sinh ra nên phải áp dụng các phương pháp hạn chế dòng mở máy như: Dùng cuộn kháng hoặc máy biến áp từ ngẫu ở mạch stator.

137

7.2. Máy bù đồng bộ Từ phương trình cân bằng điện áp và đồ thị vector của động cơ đồng bộ, ta có: U = E0 + IZư. - Khi IKT thay đổi thì E0 sẽ thay đổi; Mà U = const; - Từ đó dẫn đến I sẽ thay đổi (về góc lệch pha). - Điều chỉnh IKT đến giá trị nào đó thì I trùng pha U nên  = 0  Cos  = 1. - Nếu tiếp tục tăng dòng kích từ thì góc lệch pha  < 0 máy phát ra 1 công suất phản kháng ngược với ban đầu. - Khi đó gọi là máy bù đồng bộ.

Hình 4.16 Quan hệ về dòng điện khi MĐĐB làm việc Như vậy: - Máy bù đồng bộ thực chất là động cơ đồng bộ làm việc không tải ở trạng tái quá kích từ để phát ra công suất phản kháng ngược chiều, nhằm nâng cao hệ số công suất của lưới điện. - Máy bù đồng bộ tiêu thụ rất ít công suất tác dụng chủ yếu là bù vào các tổn hao trong dây quấn. - Máy bù đồng bộ thường được sử dụng để nâng cao hệ số công suất của lưới điện trong phạm vi rộng (bù cho đường day, toàn tuyến …). 8. Sửa chữa, quấn lại bộ dây máy phát đồng bộ 8.1 Quấn lại dây quấn stato 8.1.1. Phương pháp xác định số liệu dây quấn Có hai cách xác định số liệu dây quấn: - Tính toán dựa trên các số liệu cho trước: như kích thước của cực từ , điện áp kích từ ..... Cách này đòi hỏi phải có kiến thức về thiết kế máy điện, do các kỹ sư thiết kế, được áp dụng khi thiết kế mới và tốn rất nhiều thời gian. Trong nội dung phần này không đề cập đến

138

- Sao chép lại số liệu cũ: Cách này thực hiện đối với việc sửa chữa quấn lại dây quấn, cho ta kết quả rất nhanh, tin cậy. Các số liệu cần sao chép để phục cho việc sửa chữa : - Số đôi cực: Căn cứ vào cấu tạo phần cảm, đếm số cực từ hiện có - Sơ đồ nối dây: Dò theo các đầu nối dây giữa các cuộn, từ đầu cuộn đến cuối cuộn, vẽ lại sơ đồ nối dây. Lưu ý có hai cách nối dây giữa các cuộn là nối nối tiếp và nối song song - Số vòng của mỗi cuộn: Các cuộn dây có cấu tạo đối xứng, và có hình dáng, thể tích giống nhau thì có số vòng như nhau nên chỉ cần đếm chính xác một cuộn là được. - Đường kính dây quấn: Dùng thước pan me để đo đường kính dây. Nếu là dây có tiết diện vuông hoặc hình chử nhật thì đo kích thước chiều rộng và chiều dài của tiết diện dây. Ghi chép các số liệu đo đếm được để phục vụ cho việc sửa chữa hiện tại và lưu lại làm cẩm nang tra cứu sau này 8.1.2. Làm khuôn : - Công dụng của khuôn: Dùng để quấn các cuộn dây, tạo ra cho cuộn dây có một hình dáng phù hợp với lõi thép và để bảo vệ dây quấn, đảm bảo cách đIện giữa cuộn dây với lõi thép - Vật liệu làm khuôn: Yêu cầu: Đảm bảo cách điện, độ cứng vững và dễ gia công. Vật liệu làm khuôn: bìa cách điện, gỗ, mê ca…. - Kích thước của khuôn Căn cứ vào kích thước của cực từ ta có thể xác định được kích thước của khuôn. Bề dày của bìa phù hợp với hình khối của cực từ . Nếu mỏng quá không đảm bảo độ cứng vững. Nếu dày quá thì làm chật cửa sổ cực từ sẽ khó khăn cho việc lắp gép - Phương pháp gia công khuôn: Từ các kích thước của cực từ ta xác định kích thước của khuôn. Khuôn có hình khai triển như sau:

Hình 4.17 Phương pháp gia công Mặt A là mặt vuông góc với trục phần cảm . Mặt B là mặt song song với trục phần cảm. Mặt A' (là mặt dán chồng lên mặt A tạo nên hình khối chắc chắn) 139

Lượng dôI Da và Db chọn tính đến bề dày của dây đai cuộn dây sau khi quấn, đảm bảo cuộn dây có thể lắp vào cực từ dễ dàng. Nếu Da và Db lớn quá dẫn đến kích thước khuôn lớn hơn nhiều kích thước của cực từ, làm việc lắp gép cuộn dây vào cực từ khó khăn hoặc không thực hiện được. Lượng Dh được chọn tính đến việc dôI ra trong quá trình quấn dây và bề dày của dây đai cuộn dây sau khi quấn. Trường hợp sau khi quấn xong mà chiều cao tổng của cuộn dây lớn hơn (h) dẫn đến việc không lắp gép được cực từ Mặt giáp mối định hình thân khuôn phảI là mặt A ’ vì nó không ảnh hưởng đến diện tích cửa sổ cực từ. (Nếu dán ở mặt B sẽ ảnh hưởng đến diện tích cửa sổ cực từ)

- Làm nòng đỡ khuôn (Lõi gỗ): + Công dụng của nòng đỡ khuôn:

h-Dh

Không làm biến dạng khuôn và để gá lắp khuôn lên bàn quấn chắc chắn, cân đối, thuận lợi cho việc quấn dây. Nòng đỡ khuôn được ghép vừa lọt vào trong thân khuôn + Vật liệu làm nòng.

b+Db

a+Da

Hình 4.18 Phương pháp làm nòng đở khuôn

Vật liệu làm nòng là gỗ. Nên chọn gỗ mềm để dễ gia công như gỗ: thông, xoan … - Phương pháp gia công - Các kích thước gia công như hình vẽ 8.3 - Nòng được ghép vừa lọt sát vào thân khuôn nếu lõng sẽ làm biến dạng thân khuôn khi quấn. - Các mặt được gia công phảI phẳng vuông góc với nhau và đúng kích thước - Giữa tâm của nòng (theo chiều cao) khoan lỗ 12 xuyên suốt với mục đích để gá vào trục bàn quấn

+ Gá khuôn lên bàn quấn Sau khi thực hiện gia công các bước trên xong, ta tiến hành gá khuôn lên bàn quấn. Nòng đỡ khuôn được lòng vào thân khuôn, 2 đầu khuôn được kẹp bởi 2 nắp chắn 2 đầu và được đưa vào trục bàn quấn, sau đó được gá chặt nhờ vít vặn (hình 8.5) Khi tay quay máy quấn gắn trực tiếp với trục thì tỷ số truyền là 1/1. Khi tay quay gắn vào trục hộp số thì tỷ số truyền là 1/4 hoặc 1/8 tuỳ thuộc vào từng loại máy quấn

Hình 4.19 Gá khuôn lên bàn quấn

140

8.1.3. Quấn cuộn dây vào khuôn : - Đưa đầu dây ra: Một cuộn dây trên một cực từ có hai đầu dây đưa ra. Các đầu dây đưa ra phảI đảm bảo chắc chắn về cơ học, về cách đIện, không ảnh hưởng đến cửa sổ cực từ , không va chạm vào stato và thuận lợi trong việc đấu nối. Đầu dây đưa ra có lồng thêm ống dây cách điện và bố trí ở mặt A. - Quấn các lớp dây quấn + Phải quấn thành từng lớp, các vòng dây phải thẳng hàng ép sát vào nhau, với mục đích giảm điện áp tiếp xúc giữa các vòng dây, tăng cường cách điện, giảm thể tích cuộn dây +Quấn đúng số vòng dây theo số hiệu sao chép hoặc tính toán Lưu ý: Vì cuộn dây quay trong quá trình làm việc nên phải quấn các cuộn dây trên mỗi cực từ phải hoàn toàn giống nhau để tránh sự mất cân bằng động làm rung động máy phát khi làm việc 8.1.4. Đai cột : Dùng băng vải đai cột hết chu vi cuộn dây với mục đích đảm bảo định vị chắc chắn hình dạng cuộn dây, không bị bung dây khi cộn dây quay và đảm bảo độ an toàn cách điện giữa cuộn dây với lõi thép phần cảm 8.1.5. Tẩm sấy các cuộn dây Việc tẩm sấy cuộn dây được thực hiện như tẩm sấy cuộn dây của máy biến áp 8.1.6. Ghép cuộn dây vào cực từ Khi ghép chú ý ở bốn góc vuông của cuộn dây, tránh làm xê dịch dây đai, nên tăng cường giấy cách điện ở bốn góc vuông. Đặt vị trí cuộn dây hợp lý thuận lợi cho việc đấu nối các cuộn với nhau: Các đầu dây ra cùng nằm về một phía (tính theo chiều dọc trục), 8.1.7. Lắp gép cực từ có cuộn dây vào gông từ phần cảm Mối ghép giữa cực từ và gông từ thường là mối gép liên kết ngàm khớp. Dùng nêm và búa đóng nhẹ theo chiều dọc trục, đưa từ từ cực từ vào liên kết với gông, khi mặt phẳng hai đầu của cực từ trùng với mặt phẳng hai đầu của gông từ phần cảm là được. Chú ý không được để cuộn dây va chạm với lõi thép, hoặc va chạm giữa các cuộn dây với nhau khi đóng cực từ. Không tỳ nêm lên cuộn dây để đóng hoặc va chạm nêm, búa với cuộn dây làm xây xước hư hỏng cuộn dây Đảm bảo tính đối xứng khi lắp gép để máy phát không bị rung động khi làm việc(khi quay) 8.1.8. Kiểm tra cách điện giữa cuộn dây và lõi thép Dùng đồng hồ Mê gôm mét hoặc VOM nấc đo x100K, đo điện trở cách điện giữa cuộn dây với vỏ . ĐIện trở cách đIện phảI đạt yêu cầu Rcđ > 0,5 Mêgaôm 8.1.9. Hàn nối các cuộn dây - Nối đúng sơ đồ, từ trường của cuộn dây cùng chiều với từ dư 141

- Các mối nối gọn chắc chắn tiếp xúc tốt: Làm sạch chỗ đầu dây cần hàn. Dùng mỏ hàn có công suất phù hợp với đường kính dây để đủ nhiệt - Chỗ hàn nối phải băng cách điện - Các đoạn dây nối bố trí gọn gàng không bị va chạm vào phần ứng khi quay



B

A

X

A

2p =2

2p = 4

Hình 4.20 Sơ đồ nối dây quấn phần cảm 2p = 2 và 2p = 4 8.2. Quấn lại dây quấn stato ( phần ứng) 8.2.1. Phương pháp xác định số liệu dây quấn Dây quấn phần ứng là loại dây quấn phân bố, được trãi đều trên bề mặt lõi thép phần ứng bao gồm nhiều nhóm bối dây và nhiều bối dây trong một nhóm bối. Có hai cách xác định số liệu dây quấn: Cách 1: Tính toán dựa trên các số liệu cho trước: như số đôi cực, tổng số rãnh, điện áp máy phát, kích thước của rãnh phần ứng. Cách này đòi hỏi phải có kiến thức về thiết kế máy điện, do các kỹ sư thiết kế, được áp dụng khi thiết kế mới và tốn rất nhiều thời gian. Trong nội dung phần này không đề cập đến Cách 2: Sao chép lại số liệu cũ: Cách này thực hiện đối với việc sửa chữa quấn lại dây quấn, cho ta kết quả rất nhanh, tin cậy. Các số liệu cần sao chép để phục cho việc sửa chữa : - Số vòng của các bối trong một nhóm: Tính toán hoặc sao chép lại (đếm lại) - Đường kính dây quấn: Tính toán hoặc sao chép lại (dùng thước pan me để đo đường kính dây). - Sơ đồ khai triển dây quấn phần ứng: Căn cứ vào các số liệu của phần ứng có thể vẽ lại sơ đồ khai triển, hoặc sao chép lại Ghi chép các số liệu đo đếm được để phục vụ cho việc sửa chữa hiện tại và lưu lại làm cẩm nang tra cứu sau này * Phương pháp vẽ sơ đồ:  Tính toán số liệu: Zs

-

Bước cực từ:   2 p

-

Tổng số nhóm bối N= 2p

-

Số bối dây trong một nhóm bối ký hiệu là q: q = /2 142

 Vẽ sơ đồ: Trình tự vẽ sơ đồ theo các bước sau : Bước 1: Kẽ các đoạn thẳng song song và cách đều nhau tương ứng với tổng số rãnh ZS và đánh số thứ tự từ 1 đến Zs Bước 2: Dựa vào bước cực từ  để phân chia cực từ trên stato Bước 3: Xác định dấu cực từ bằng cách ghi chiều mũi tên lên các cạnh tác dụng, sao cho các cực từ liên tiếp trái dấu nhau Bước 4: Căn cứ vào số nhóm bối dây, dạng dây quấn để hình thành các nhóm bối. Bước 5: Nối dây giữa các nhóm bối dây sao cho khi có dòng điện chạy trong các nhóm bối không làm đổi chiều đã xác định trước Ví dụ: Vẽ sơ đồ khai triển dây quấn phần ứng có Z = 24, 2p = 2, đồng tâm, một lớp - Tính toán số liệu:   =

24  12 , N = 2 2

- Vẽ sơ đồ:

Hình 4.21 Sơ đồ trãi dây quấn phần ứng máy phát đồng bộ 1 pha có Z = 24 8.2.2. Lót giấy cách điện rãnh: Mục đích của việc lót giấy cách điện rãnh là không để dây quấn tiếp xúc trực tiếp với lõi sắt của phần ứng, tăng cường cách điện giữa dây quấn với lõi sắt máy phát. Giấy lót rãnh có chiều dài dôi ra khỏi hai đầu rãnh từ 2 đến 5mm , hai đầu được gấp mép để tăng độ cứng vững và định vị giấy theo chiều dọc rãnh. Giấy được áp sát vào rãnh, chiều rộng của giấy bằng chu vi đường bao mặt cắt rãnh 8.2.3. Làm khuôn quấn bối dây Công dụng: Tạo ra hình dạng các bối dây có kích thước phù hợp với bước dây quấn, sao cho khi đặt các bối dây vào rãnh bảo đảm các yêu cầu kỹ thuật - Vật liệu làm khuôn: gỗ 143

- Phân loại khuôn: Khuôn quấn các bối dây có nhiều loại: khuôn cố định, khuôn thay đổi được kích thước, khuôn thực hiện quấn trên bàn quấn, khuôn quấn bằng tay(không thực hiện quấn trên bàn quấn + Loại khuôn cố định: Đối với loại này, kích thước khuôn cố định nên mỗi một khuôn chỉ quấn được một bối dây, vì vậy chỉ thích hợp khi thực hiện hàng loạt với số lượng lớn + Loại khuôn có thể điều chỉnh được nhiều cỡ khuôn: Loại này có ưu điểm là một bộ khuôn có thể quấn được nhiều nhóm bối dây khác nhau, cho nhiều phần ứng khác nhau. Vì vậy giảm được thời gian làm khuôn và rất phù hợp với thợ sữa chữa (hình 10 . 2)

Hình 4.22 Cấu tạo khuôn thay đổi được kích thước bối dây và thực hiện quấn trên máy

Hình 4.23 Khuôn được gá đặt trên máy quấn 8.2.4. Quấn các nhóm bối dây Các số liệu cần xác định để quấn là: số vòng dây, số bối trong một nhóm, số nhóm bối, kích thước chu vi của khuôn quấn các bối dây trong nhóm bối Đối với dây quấn đồng khuôn chỉ có một cỡ khuôn, còn đối với dây quấn đồng tâm thì trong nhóm bối có bao nhiêu bối thì có bấy nhiêu cỡ khuôn. Kích thước chu vi của các bối dây phải được tính chọn phù hợp, nếu nhỏ thì không đặt được vào mạch từ, nếu lớn quá sẽ chạm vào nắp đỡ hai đầu và giảm công suất máy phát. Chu vi của bối dây phụ thuộc vào nhiều thông số: bước dây quấn, chiều dài phần ứng, đường kính phần ứng, 144

và kích thước của rãnh . Khi thực hiện quấn lại thì có thể lấy các bối dây cháy cũ làm chuẩn và lưu ý bù độ cong của bối dây cũ. Việc xác định kích thước chu vi bối dây ảnh hưởng rất lớn đến thời gian thực hiện, chất lượng và thẩm mỹ của bộ dây quấn. Thực tế cho thấy những người mới vào nghề, để có một bối dây có kích thước chu vi đạt yêu cầu thì phải làm lại nhiều lần và đa số mắc phải là bối dây có kích thước chu vi nhỏ hơn yêu cầu. Phải quấn đúng số vòng dây của một bối, số bối trong một nhóm và số nhóm bối dây. Dây được rãi đều, không được thắt nút, gãy gập, 8.2.5. Lắp đặt các nhóm bối dây vào rãnh phần ứng - Đặt cạnh tác dung của các nhóm bối dây vào rãnh Các nhóm bối dây được đặt vào rãnh theo đúng sơ đồ. Các sợi dây phải thẳng, song song với nhau và được nằm trong giấy cách điện. Dụng cụ để đưa dây vào rãnh là dao tre, tuyệt đối không được dùng các dụng cụ bằng kim loại để tránh làm tróc cách điện của dây Đậy nắp và nêm chặt miệng rãnh Sau khi cạnh tác dụng của bối dây được đặt vào rãnh, thì tiến hành ngay đậy nắp miệng rãnh bằng bìa cách điện, mục đích là để cho các vòng dây của bối nằm gọn trong rãnh không bị bong lên khỏi miệng rãnh. Kích thước của nắp đậy phù hợp với kích thước của miệng rãnh (Hình 10.4) đảm bảo che hết miệng rãnh, nếu rộng quá việc luồn giấy vào sẽ khó khăn Khi bìa đậy nắp miệng rãnh không đủ độ cứng vững để giữ dây, cần nêm chặt miệng rãnh bằng nêm tre hoặc bằng gỗ phíp. Chiều dài của nêm bằng chiều dài của bìa đậy nắp. Nêm với độ chặt vừa đủ độ cứng vững, nêm chặt quá thì lực tiếp xúc giữa các vòng dây lớn, điều này sẽ bất lợi cho độ an toàn cách điện giữa các vòng dây trong rãnh 8.2.6. Nối dây giữa các nhóm bối và các đầu dây ra Các nhóm bối dây lại với nhau theo đúng sơ đồ đã vẽ. Các mối nối được thực hiện bằng hàn thiếc đảm bảo tiếp xúc tốt và phải được cách điện bằng ống gen cách điện hoặc băng cách điện. Hai đầu dây ra của cuộn dây phần ứng được hàn nối với hai vành trượt 8.2.7. Đai cột hai đầu dây Việc đai cột làm định vị chắc chắn hai đầu của các bối dây và hai đầu dây đưa ra, làm cho các bối dây không bị bong ra, không bị va chạm vào phần cảm và nắp đỡ hai đầu. Dùng dây sợi vải hoặc sợi tổng hợp đai cột với lực xiết vừa đủ, đảm bảo chắc chắn 8.2.8. Sơn tẩm cuộn dây phần ứng Đối với cuộn dây phần ứng quay, việc sơn tẩm có tác dụng tăng cường cách điện, liên kết các vòng dây, các bối dây thành một khối, không bị chuyển dịch trong quá trình phần ứng quay. Nếu các vòng dây, bối dây không được sơn tẩm định vị chắc chắn, thì khi quay do lực ly tâm tác dụng vào các vòng dây, bối dây khác nhau tạo nên sự xê dịch cọ sát giữa các vòng dây, dễ dẫn đến tróc cách điện, cháy chập cuộn dây phần ứng. Vì vậy việc sơn tẩm dây quấn phần ứng quay phải cần được chú trọng Yêu cầu sơn tẩm đúng chủng loại sơn, đúng qui trình sơn tẩm máy điện và đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật 145

* Bài tập ứng dụng: Quấn bộ dây quấn phần ứng của máy phát điện xoay chiều 1 pha kiểu phần ứng quay.

BƯỚC THỰC HIỆN 1. Tháo máy phát

DỤNG CỤ VẬT TƯ

TIÊU CHUẨN THỰC HIỆN

-Dụng cụ cầm tay nghề điện dân dụng

-

Sử dụng

-Vam

- Các thao tác đúng trình tự, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật

2. Vẽ sơ đồ cuộn dây phần ứng

-Bút, giấy

- Vẽ đúng sơ đồ

3. Tháo cuộn dây phần ứng

-Kìm, Búa cao su

- Các thao tác đúng trình tự, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật

4. Xác định số liệu dây quấn phần ứng

-Bút, giấy

-Đầy đủ chính xác

5. Tập kết vật tư

-Dây ê may, bìa cách điện, dây đai, nêm tre, gỗ, thiếc, nhựa thông, ống luồn cách điện,

đúng dụng cụ

-Sổ tay tra cứu số liệu dây quấn phần cảm -Đầy đủ, đúng chủng loại, đảm bảo chất lượng theo yêu cầu

-Bàn quấn dây, khoan dao, kéo, Mỏ hàn, cưa gỗ, dũa gỗ 6. Làm khuôn quấn các bối dây phần ứng

-Gỗ làm khuôn

-Kích thước khuôn đúng yêu cầu

-Cưa, khoan, dũa gỗ

-Chắc chắn

7. Quấn các bối dây phần cảm

-Dây ê may, khuôn quấn

-Các thao tác đúng trình tự, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật

8. Lót giấy cách điện rãnh

-Giấy cách điện -Kéo

-Đảm bảo các kích thước và yêu cầu kỹ thuật

9. Lắp đặt các bối dây vào rãnh

-Dao tre

-Đúng sơ đồ

-Dao, kéo -Bìa cách điện, dây đai

-Lắp đúng trình tự đảm bảo các yêu câu kỹ thuật

-Thiếc, nhựa thông,

-Chắc chắn, tiếp xúc tốt

-Mỏ hàn

-Bảo đảm cách điện tốt mối hàn với với dây dẫn xung quanh

10. Hàn nối các đầu dây

-Máy quấn, kéo

- ống cách điện 146

11. Đai cột hai đầu cuộn dây

-Dây đai

-Chắc chắn, gọn gàng

12. Sơn tẩm và sấy cuộn dây phần ứng

-Sơn cách điện

-Sử dụng đúng loại sơn

-Dụng cụ sơn

-Sơn tẩm đúng quy trình và đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật

-Dụng cụ sấy -Mê gô mét 13. Lắp ráp lại các bộ phận của máy phát

-Dụng cụ cầm tay nghề điện dân dụng

-

Sử dụng đúng dụng cụ

- Các thao tác đúng trình tự, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật 13. Kiểm tra nguội

-Đồng hồ Mê gôm mét

-Điện trở cách điện giữa cuộn dây với vỏ nằm trong giới hạn cho phép

13. Kiểm tra nóng

-Vôn mét

-Các thông số đạt giá trị định mức

-Am pe mét

-Máy chạy êm, không bị rung động

-Tần số mét C. Câu hỏi, bài tập

Câu 1: Nêu cấu tạo, nguyên lý của MĐĐB. Nêu rõ những điểm khác nhau cơ bản giữa ĐĐB và FĐB. Câu 2: Cho biết khái niệm về phản ứng phần ứng. Nêu và phân tích các trạng thái phản ứng phần ứng ở FĐB (ứng với các loại tải khác nhau). Câu 3: Giải thích và phân tích các đặc tính của FĐB. Câu 4: Nêu các điều kiện đấu song song các máy phát điện đồng bộ. Câu 5: Vẽ hình và thuyết minh phương pháp tự đồng bộ máy phát. Câu 6: Vẽ hình và thuyết minh phương pháp đèn tối để hòa đồng bộ máy phát. Câu 7: Nêu và phân tích các phương pháp mở máy ĐĐB. Phân tích rõ các yêu cầu của từng phương pháp.

147

BÀI 5: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU A. Mục tiêu bài giảng - Phân tích được cấu tạo, nguyên lý, quan hệ điện từ, các phản ứng phần ứng xảy ra trong máy điện một chiều. - Giải thích được các nguyên nhân gây ra tia lửa và biện pháp cải thiện đổi chiều. - Trình bày được các phương pháp mở máy, đảo chiều quay, điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều. - Vẽ và phân tích được đúng sơ đồ dây quấn phần ứng máy điện một chiều. - Bảo dưỡng và sửa chữa được những hư hỏng thông thường của máy điện một chiều đảm bảo an toàn và vệ sinh công nghiệp - Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, chính xác, tư duy khoa học và sáng tạo. B. Nội dung chính 1. Đại cương về máy điện một chiều: Song song với sự phát triển của máy điện xoay chiều, máy điện một chiều vẫn được dùng phổ biến, nó vẫn là một loại máy điện quan trọng được ứng dụng chế tạo cả động cơ và máy phát.  Máy phát điện DC dùng làm nguồn cung cấp cho các động cơ điện DC; Làm nguồn kích từ cho máy điện đồng bộ hoặc dùng trong công nghệ xi mạ.  Động cơ điện DC có ưu điểm rất lớn về điều chỉnh tốc độ như: Độ mịn, tầm điều chỉnh rộng. Do vậy động cơ DC thường được sử dụng trong các máy móc có yêu cầu cao về điểu chỉnh tốc độ như máy cán, máy kéo hoặc trong giao thông vận tải.  Nhược điểm chung: - Cấu tạo phức tạp sử dụng nhiều kim loại màu nên giá thành đắt. - Chế độ vận hành bảo quản khó khăn. - Dãi công suất: Từ vài Watt đến vài chục ngàn KW. - Dãi điện áp: vài Volt đến khoảng 1000V.

148

2. Cấu tạo của máy điện một chiều.

Hình 5.1 Cấu tạo của máy điện một chiều 2.1. Phần tĩnh (stato ). Stato gọi là phần cảm gồm lõi thép bằng thép đúc, vừa là mạch từ vừa là vỏ máy. Gắn với stato là các cực từ chính có dây quấn kích từ. Cực từ chính: Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi thép cực từ và dây quấn cực từ chính. Lõi thép làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,5mm hoặc 1 mm được ép lại và tán chặt máy có công suất nhỏ thì làm bằng thép khối. Dây quấn cực từ chính làm bằng đồng có bọc cách điện, được quấn định hình thành từng bối, sau đó được quấn băng tẩm vecni cách điện. Bối dây được lồng vào thân lõi thép cực từ và gắn chặt cực vào gông từ nhờ các bu lông. Cực từ phụ: Cực từ phụ gồm các lõi thép và dây quấn. Lõi thép thường bằng thép khối, dây quấn tương tự dây quấn cực từ chính và được mắc nối tiếp với dây quấn rôto. Cực phụ đặt xen kẽ cực chính có tác dụng triệt tia lửa điện xuất hiện giữa chổi và cổ góp. Gông từ: Gông từ làm bằng théo đúc, trong các máy công suất nhỏ làm thép thép tấm cuốn lại và hành hoặc bằng gang. Gông từ làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy. 2.2. Phần quay (rôto) Rôto của máy điện một chiều gọi là phần ứng bao gồm lõi thép, dây quấn phần ứng, cổ góp và chổi than Hình 5.2 Sơ đồ nguyên lý của Lõi thép: Để dẫn từ thường dùng thép lá kỹ thuật điện dày 0,5mm cóp sơn cách điện hai mặt rồi ép chặt để giàm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Trên các lá thép có dập các rãnh để đặt dây quấn. Rãnh có thể hình thang, hình quả lê hoặc hình chữ nhật. Trong các máy điện lớn lõi tép thường chia thành từng thép, cáh nhau một khoảng hở để làm nguội máy, các khe hở đó gọi là rãnh thông gió ngang trục. Ngoài ra người ta chế tạo còn dập rãnh thông gió dọc trục. Dây quấn: Dây quấn rôto: bằng dây đồng, có bọc cách điện, tiêt diện tròn hoặc hình chử nhật được bố trí trong rãnh của lõi thép, các mối dây được nối lên các phiến góp của cổ góp gắn ở đầu trục. 149

Cổ góp và chổi than

Hình 5.2 Cổ góp và chổi than của máy điện một chiều Dây quấn phần ứng được nối ra cổ góp. Cổ góp thường làm bởi nhiều phiến đồng mỏng được cách điện với nhau bằng những tấm mica có chiều dày 0,4 đến 1,2mm và hợp thành hình trụ. Hai đầu trụ tròn dùng ép và cổ góp có cách điện mica. Cổ góp gổm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng hình trụ được gắn ở đầu trục rôto. Các đầu dây của phần tử dây quấn rôto nối với phiến góp. Chổi than làm bằng than graphit, các chổi than được tỳ chặt lên cổ góp nhờ lò xo. Thông qua cổ góp và chổi than và dòng điện xoay chiều trong dây quấn rôto được đổi thành dòng điện 1 chiều đưa ra mạch ngòai do đó cổ góp còn gọi là vành đổi chiều. 3. Nguyên lý làm việc của máy phát và động cơ điện một chiều 3.1. Nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều

Hình 5.3 Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy phát một chiều: a. Mô tả nguyên lý máy phát; b. Suất điện động máy phát có một phần tử; c. Suất điện động máy phát có nhiều phần tử. Ta xét máy phát điện một chiều có dây quấn phần ứng gồm hai thanh dẫn ab và cd chỉ nối với hai phiến góp 1 và 2 Khi động cơ sơ cấp quay phần ứng, các thanh dẫn của dây quấn phần ứng cắt từ trường của cực từ, cảm ứng các sức điện động. Chiều sức điện động được xác định bằng quy tắc bàn tay phải. Từ trường cực từ hướng tứ n đến S (từ trên xuống dưới), chiều quay ngược chiều kim đồng hộ, ở phía trên, sức điện động trên thanh dẫn ab sức điện động có chiều từ a đến b, trên thanh dẫn cd chiều sức điện động từ c đến d. 150

Sức điện động của phần tử bằng hai lần sức điện động của thanh dẫn. Nếu nối hia chổi điện A và B với tải, trên tải sẽ có dòng điện chiều từ A tới B.Điện áp của máy phát điện cực dương ở chổi thanh A và âm ở chổi B. Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí của hai thanh dẫn phần tử và hai phiến góp thay đổi, thanh dẫn ab ở cực s, thanh dẫn cd ở cực N. Sức điện động trong thanh dẫn đổi chiều nhưng chiều. Nhớ có chổi điện đứnhg yên, chổi điện a vẫn nối với phiến góp phía trên nên dòng điện ở mạch ngoài không đổi. Ta có máy phát điện một chiều cực dương ở chổi A và cực âm ở chổi B. Cổ góp và chổi than đóng vai trò bộ chỉnh lưu dòng điện I ra tải có chiều không đổi. Nếu máy phát chỉ có một phần tử, điện áp đầu cực. Để điện áp lớn và ít đập mạnh, dây quấn phải có nhiều phần tử, nhiều phiến đổi chiều. Ở chế độ máy phát, dòng điện phần ứng Iư cùng chiều với sức điện động phần ứng Uư phương trình cân bằng điện áp: U = Eư – Rư Iư Rư là điện trở dây quấn phần ứng; U là điện áp hai đầu cực máy; Eư là sức điện động phần ứng. 3.2. Nguyên lý làm việc cuả động cơ điện một chiều Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi than tiếp xúc với hai phiến góp 1 và 2, trong dây quấn phần ứng có dòng điện. Hai thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm cho rôto quay, chiều lực xác định theo quy tắc bàn tay trái.

Hình 5.4 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều. Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí hai thanh dẫn và hai phiến góp 1 và 2 đổi chổ cho nhau, đổi chiều dòng điện trong các thanh dẫn và chiều lực tác dụng không đổi cho nên động cơ có chiều quay không đổi 151

Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường và sinh ra sức điện động cảm ứng E ư chiều được xác định theo quy tắc bàn tay phải. Ở động cơ một chiều sức điện động E ư ngược chiều với dòng điện Iư, nên Eư còn được gọi là sức phản điện Phương trình điện áp động cơ điện một chiều: U = Eư + Rư Iư 4. Từ trường và sức điện động của máy điện một chiều: Khi máy điện một chiều không tải, từ trường trong máy chỉ do dòng điện kích từ gậy ra gọi là từ trường cực từ. Từ trường cực từ phân bố đối xứng, ở trung tính hính học mn thanh dẫn chuyển động qua đó không cảm ứng đối xứng. Khi máy điện co tải, dòng điện I ư trong dây quấn phần phần ứng sẽ sinh ra từ trường phần ứng . Từ trường phần ứng hướng vuông góc với từ trường cực từ. Tác dụng của từ trường phần ứng lên từ trường cực từ là phản ứng phần ứng, từ trường trong máy là từ trường tổng của từ trường phần ứng và từ trường cức từ. Ở mỏm cực từ, từ trường được tăng cường (ở đó từ trường phần ứng trùng chiều từ trường cực từ), trong khi ở mỏm cực kia, từ trường bị yếu đi( ở đó từ trường phần ứng ngược chiều với từ từ trường cực từ). Hâu quả của phản ứng phần ứng là: - Từ trường trong máy bị biến dạng: điểm trung tính dịch chuyển từ trung tính hình học mn đế vị trí mới gọi là trung tính vật lý mn. Góc lệch  Thường nhỏ và lệch theo chiều quay roto khi là máy phát điện, và ngược chiều quay của roto khi ở chế độ động cơ.Ở vị trí trung tính hình học, từ cảm B khác 0, thanh dẫn chuyểnđộbng qua đó sẽ cảm ứng sức điện động, gây ảnh hưởng xấu đến việc đổi chiều. - Khi tải lớn dòng điện phần ứng lớn, từ trường phần ứng lớn, phầm mỏn cực từ trường được tăng cườ ng bị bão hòa, từ cảm B ở đò tăng lên được rất ít, trong khi đó, mỏn cực kia từ trường giảm đi nhiều, kết quả là từ thông của máy bị giảm xuống. Từ thông giảm kéo theo sức điện động phần ứng E ư giảm, làm cho điện đầu cực máy phát U giảm. Ở chế độ động cơ, từ thông giảm làm cho m,omen quay giảm, và tốc độ động cơ thay đổi. Để khắc phục hậu quả trên người ta dùng cực từ phụ và dây quấn bù. Từ trường của cực từ phụ và dây quấn bù ngược với từ trường phần ứng. Để kịp thời khắc phục từ trường phần ứng khi thay đổi, dây quấn cực từ phụ và dây quấn bì đấu nối tiếp với mạch phần ứng.

152

Hình 5.5 Phản ứng phần ứng của MĐDC 5. Sức điện động phần ứng, công suất điện từ và mômen điện từ 5.1. Sức điện động phần ứng Khi quay rôto, các thanh dẫn của dây quấn phần ứng cắt từ trường, trong mỗi thanh dẫn cảm ứng sức điện động : e = Btbl.v Sức điện động phần ứng Eư bằng tổng các sức điện động thanh dẫn trong một nhánh. Số thanh dẫn trong một nhánh: N/2a Sức điện động phần ứng Eư: Eư =

N N e .Btb lv 2a 2a

Tốc độ dài: v =

 .Dn 60

(2)

Mặt khác từ thông mỗi cực từ   Từ (1) (2) (3) ta có Eư =

Btb . .D1 (3) 2p

p.N n.  k.n. 60a

Kết luận: Eư = kE . n . 5.2. Công suất điện từ và mômen điện từ Công suất điện từ: Pđt = Eư Iư (5) Từ (4) và (5) ta có : Pđt  Mômen điện từ: Mđt =

Pđt

r

p.N n .I u 60a

(6)

ωr là tần số góc quay của rôto: ω.r =

2 .n (7) 60

p.N

Từ (6) và (7) ta có: Mđt = 2aI   k M .I u u Kết luận : Mđt = kM Iư φ Trong đó kM =

pN phu thuộc vào cấu tạo dây quấn. 2a

Momen điện từ tỷ lệ với dòng điện phần ứng Iư và từ thông. Muốn thay đổi momen điện từ, ta phải thay đổi dòng điện phần ứngI ư hoặc thay đổi dòng điện kích từ Ikt.Muốn đổi chiều momern điện từ phải đồui chiều hoặc dòng điện phần ứng hoặc dòng điện kích từ. 6. Tia lửa trên vành góp và cách khắc phục

153

Khi máy điện DC làm việc tại chổ tiếp xúc giữa chổi than và vành góp sẽ phát sinh tia lửa điện. Nếu tia lửa quá nhiều sẽ làm hỏng cổ góp, hỏng chổi than và bộ dây quấn phần ứng. Nguyên nhân phát tia lửa là: 6.1. Nguyên nhân cơ khí Đây chính là sự tiếp xúc xấu giữa chổi than và cổ góp. Có thể do các nguyên nhân sau đây:  Bề mặt chổi than bị oxy hóa, bị cháy nám,bị rỗ bề mặt…  Lớp cách điện giữa các phiến góp bị cháy hoặc cổ góp mòn không đều , lớp cách điện bị nhô lên.  Chổi than không om khích cổ góp, than không phù hợp với ổ, lò xo nén bị yếu….  Cách khắc phục: Tuỳ từng trường hợp hư hỏng mà có cách xử lý phù hợp như:  Làm sạch nhẵn bề mặt cổ góp bằng giấy nhám hoặc tiện vớt.  Trường hợp cách điện bị cháy hoặc bị nhô lên thì dùng dao bén cắt sâu xuống bề mặt cổ góp khoảng 1mm.  Than không phù hợp với ổ: Phải mài dũa cho bề mặt tiếp xúc có độ cong phù hợp ban đầu. 6.2. Nguyên nhân điện từ Trường hợp này tia lửa sinh ra do qua trình đổi chiều trong máy: Quá trình đổi chiều: Xãy ra khi 1 bối dây do phần ứng quay, chuyển từ mạch nhánh này sang mạch nhánh khác. Nói cách khác đây chính là thời điểm chổi than nối ngắn mạch hai phiến góp kề nhau.

Hình 5.6 Quá trình đổi chiều của MĐDC Biện pháp cải thiện đổi chiều: * Dùng cực từ phụ Phương pháp này áp dụng cho các loại máy điện công suất từ 1KW trở lên. 154

Cực từ phụ có cấu tạo tương từ như cực từ chính nhưng kích thước nhỏ hơn được đặt xen kẻ với cực từ chính. Dây quấn cực từ phụ được nối nối tiếp với dây quấn phần ứng và phải đấu nối phù hợp khi là máy phát hoặc động cơ như hình 4.6.

Hình 5.7 Cực từ phụ ở MĐDC 1. Cực từ chính; 2. Cực từ phụ; 3. Dây quấn cực từ phụ; 4. Chổi than. * Đặt chổi than tại trung tính vật lý

Hình 5.8 Xe dịch chổi than để cải thiện đổi chiều ở MĐDC Phương pháp này áp dụng cho các máy điện có công suất dưới 1KW. Khi chổi than đặt tại trung tính vật lý thì mômen sinh ra không cực đại nhưng tia lửa sẽ được giảm thiểu. Khi sữa chửa tuyệt đối không được xê dịch vị trí chổi than. Nếu chổi than đặt tại trung tính hình học thì momen quay là lớn nhất nhưng không cải thiện được quá trình đổi chiều * Dùng dây quấn cân bằng điện thế Phương pháp này sẽ tiến hành nối một số điểm cân bằng điện thế trên sơ đồ khai triển lại với nhau (sẽ xét ở phần sau). 7. Máy phát điện một chiều 7.1. Máy phát điện một chiều kích từ độc lập

155

Máy phát điện kích từ độc lập là loại máy mà mạch kích từ và mạch phần ứng độc lập với nhau. Điện áp mạch kích từ không phụ thuộc điện áp phát ra của máy. Sơ đồ nguyên lý như hình 5.8

Hình 5.9 Máy phát điện DC kích từ độc lập

7.1.1. Các phương trình cơ bản * Phương trình cân bằng điện áp: Từ biểu thức: Eư = U + IRư ; Suy ra: U = Eư – IRư Công suất điện từ: Pđt = Eư .I Moment: Mđt = KM.. Iư = 9,55

Pdt n

7.1.2. Các đặc tính: Eư

* Đặc tính không tải: Eư = f(IKT)

Eưđm

I = 0; n = Const; Edư = (2 3)% Eưđm;

Edư

Đồ thị biểu diễn như hình 5.10.

IKTđm

IKT

Hình 5.10 Đặc tính không tải của MF DC

* Đặc tính ngoài (có tải): U = f(I)

Hình 5.11 Máy phát điện DC kích từ độc lập IKT = Const Uđm = Eưđm - DU DUđm = Iđm.Rư = (5 – 15)% 156

= (5 – 15)%.Eưđm Đồ thị biểu diễn như hình 4.9b. * Đặc tính điều chỉnh: IKT = f(I); U = Const Tương tự như máy phát điện đồng bộ; Đặc tính điều chỉnh của MF DC được biểu diễn như hình 4.9c

Hình 5.12 Đặc tính điều chỉnh của MF DC 7.2. Máy phát điện một chiều kích từ song song (tự kích) 7.2.1. Quá trình tự kích Máy phát điện kích từ song song là loại có mạch kích từ được nối song song với mạch phần ứng (hình 5.12). Nguồn điện do phần ứng phát ra sẽ được cấp cho mạch kích từ làm việc. Máy phát điện kích từ còn có các loại như máy phát điện kích từ nối tiếp, kích từ hổn hợp. Quá trình tự kích diễn ra như sau:

Hình 5.13 Máy phát điện DC kích từ song song  Khi mới bắt đầu quay máy phát do tác dụng của từ dư nên sức điện động E dư ban đầu sẽ cấp cho mạch kích từ làm việc,  Điện áp tăng dần nên Ikt tăng lên và điện áp máy phát tăng theo, tăng đến giá trị định mức thì kết thúc quá trình tự kích.  Điều kiện để máy phát tự kích được là chiều dòng điện trong mạch kích từ sinh ra từ thông cùng chiều với từ dư đã có. Trên thực tế khi vận hành mà thấy điện áp không tăng thì phải đảo chiều dòng điện kích từ ngược lại (hình 5.13).

157

Hình 5.14 Đảo chiều dòng điện kích từ MF DC kích từ song song 7.2.2. Các đặc tính  Máy phát tự kích cũng có đặc tính tương tự như máy phát kích từ độc lập.Trong đó đặc tính không tải và đặc tính điều chỉnh giống hoàn toàn như máy phát kích từ độc lập. Còn đặc tính ngoài thì có độ dốc lớn hơn so với kích từ độc lập. Nhìn đồ thị ta thấy khi máy phát tự kích mang tải thì lượng sụt áp sẽ lớn hơn, nhưng giá trị này cũng không vượt quá giới hạn DU = (5 –15) %.

Hình 5.15 Đặc tính ngoài của MFDC kích từ song song 7.2.3. Đảo cực tính điện áp máy phát Muốn đảo cực tính điện áp của MF DC thì thực hiện một trong hai cách sau:  Đảo chiều dòng điện kích từ máy phát; hoặc  Đảo chiều quay động cơ sơ cấp. 8. Động cơ điện 1 chiều: (ĐCĐ – DC)

Hình 5.16 Sơ đồ nguyên lý ĐCDC kích từ độc lập - U: Điện áp mạch phần ứng. - Rư: Điện trở dây quấn phần ứng. - Eư: Sức phản điện của động cơ. 158

- Iư: Dòng điện qua phần ứng động cơ. - RP: Biến trở điều chỉnh. - UKT: Điện áp mạch kích từ. - RFK: Biến trở điều chỉnh mạch kích từ. - IKT: Dòng điện qua mạch kích từ. 8.1.Các phương trình cơ bản 8.1.1.Phương trình cân bằng điện áp Giả sử RP = 0; Phương trình cân bằng điện áp được biểu diễn: U = Eư + Iư Rư 8.1.2. Phương trình đặc tính cơ ta có: Eư = KE  n Với: KE =

pN 60a

: Là hệ số sức điện động.

Trong đó  : từ thông chính do cực từ tạo ra [Wb].  n: tốc độ quay [Rpm].  p:là số đôi cực từ của ĐC.  N: số thanh dẫn tác dụng.  a: số đôi mạch nhánh song song. ta có: U = KE  n + Iư Rư . Hay là: n=

Ta đặt: U dm

n0 = K . : Là tốc độ không tải lý tưởng của ĐC. E dm I U .RU

Dn = K . : Là độ sụt tốc độ khi tải định mức. E dm Phương trình trên trở thành

nđm = n0 - Dn

Đặc tính cơ tự nhiên của ĐC có dạng như hình

159

Hình 5.17 Đặc tính cơ tự nhiên của ĐC DC kích từ độc lập Ở trạng thái định mức thì Dn = (2 - 8)% n0 8.2. Mở máy và đảo chiều 8.2.1. Mở máy ĐC – DC KTĐL: Khi vừa đóng điện, động cơ chưa quay được (n = 0) nên sức phản điện chưa sinh ra (Eư = 0). Lúc đó phương trình cân bằng điện áp chỉ là: U = I.Rư ; dòng điện sinh ra khi đó gọi là dòng điện mở máy trực tiếp U

Imm = R = (10  20)Iđm U Giá trị này rất lớn sẽ gây hư hỏng động cơ và ảnh hưởng nghiêm trọng đến nguồn điện. Do vậy, dòng điện mở máy phải được hạn chế bằng cách đóng thêm RP vào mạch phần ứng: Imm = = (2  2,5)Idm

8.2.2. Đảo chiều quay: Muốn đảo chiều quay động cơ một chiều thực hiện 1 trong 2 cách sau:  Đảo chiều dòng điện phần ứng bằng cách đảo chiều cực tính nguồn cung cấp cho phần ứng.  Đảo chiều dòng kích từ bằng cách đảo cực tính nguồn kích từ. Trường hợp động cơ đang quay mà tiến hành đảo chiều thì chỉ được phép đảo chiều cực tính nguồn cung cấp cho phần ứng. Còn nếu khi đó mà đảo chiều dòng kích từ thì sẽ có một thời điểm động cơ bị mất từ thông nên tốc độ và dòng điện dao động rất lớn. 8.3. Điều chỉnh tốc độ động cơ:

160

Hình 5.18 Điều chỉnh tốc độ ĐC DC kích từ độc lập Động cơ điện DC có thể điều chỉnh tốc độ bằng các phương pháp sau: 8.3.1. Thay đổi Rp trong mạch phần ứng Phương pháp này sẽ làm giảm tốc độ quay chỉ áp dụng trong điều chỉnh mở máy và quá trình giảm tốc chuẩn bị dừng động cơ. 8.3.2. Phương pháp giảm từ thông Khi giảm từ thông tốc độ động cơ sẽ tăng lên nhưng phải kết hợp giảm tải. Phương pháp này chỉ áp dụng cho các loại tải nhỏ. 8.3.3. Phương pháp giảm điện áp nguồn Khi giảm điện áp nguồn, tốc độ quay của động cơ sẽ giảm nhưng khả năng mang tải và các đặc điểm kỷ thuật khác không thay đổi. Nên đây là phương pháp chủ lực để thực hiện điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều. Phương pháp này thực hiện cũng khá đơn giản bằng cách dùng các bộ nguồn DC điều chỉnh được. 8.4. Phân loại động cơ điện một chiều. 8.4.1. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: (Đã xét ở phần trên). 8.4.2. Động cơ điện một chiều kích từ song song Động cơ kích từ song song là loại có mạch kích từ mắc song song với mạch phần ứng. Nếu nguồn điện đủ lớn để có thể vừa cung cấp cho phần ứng, vừa cung cấp cho mạch kích từ thì các đặc tính của động cơ này hoàn toàn giống như động cơ kích từ độc lập. 8.4.3. Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

Hình 5.19 Động cơ DC kích từ nối tiếp

Mạch kích từ được nối tiếp với mạch phần ứng dòng điện qua mạch kích từ cũng chính là dòng điện phần ứng.

161

Loại động cơ này nói chung không ưu điểm bằng động cơ kích từ độc lập hay kích từ song song. Nhưng đặc biệt nó có momen mở máy rất lớn thích hợp cho các phụ tải nặng nề như: Xe điện, tàu điện, cầu trục, các máy cắt gọt kim loại. Khi sử dụng động cơ kích từ nối tiếp cần lưu ý tuyệt đối không được mở máy không tải hoặc tải nhỏ vì khi đó tốc độ sinh ra rất lớn sẽ gây hư hỏng phần cơ khí của động cơ. 8.5. Động cơ vạn năng Bản chất nay chính là loại động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp nó có thể làm việc được ở nguồn DC và nguồm AC.  Khi đưa nguồn DC vào động cơ quá trình xãy ra như nguyên lý của động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp đã phân tích.  Còn khi làm việc ở nguồn AC:  Ở bán kỳ dương: Dòng điện và từ trường sinh ra có chiều nhất định sẽ quyết định chiều quay của động cơ  Ở bán kỳ âm: Dòng điện và từ trường đều đảo chiều nên chiều quay của động cơ vẩn không thay đổi

Hình 5.20 Nguyên lý động cơ vạn năng khi làm việc ở nguồn AC ở bán kỳ âm và bán kỳ dương  Đảo chiều quay động cơ vạn năng: - Đảo đầu nối của hai chổi than - Đảo cực tính của cuộn kích từ.

162

Hình 5.21 Đảo đầu nối chổi than.

Hình 5.22 Đảo cực tính của cuộn kích từ.

Bảng tóm tắc công thức:

p.N n.  ke n 60a

Eu 

Suất điện động máy điện 1 chiều

M dt  Momen điện từ máy điện 1 chiều

Mđt 

p.N I u .  k M I u 2 a

P 

đt

.

đm

Pdm U dm

Dòng định mức máy điện 1 chiều

I dm 

Dòng kích từ

I kt 

Dòng điện phần ứng máy phát

I u  I dm  I kt

Suất điện động của máy

Eu  U  I u .Ru 163

U dm Rkt

Tổn hao dây quấn kích từ song song

DPkt  I kt2 .Rkt

Tổn hao trong dây quấn phần ứng

DPu  I u2 Ru

Hiệu suất của máy



Momen định mức

P P  DP

M dm  9550

Pdm n

Pdm 

Công suất điện cung cấp cho động cơ

P1 

Tổng tổn hao trong máy

DP  P1  Pdm

Dòng điện mở máy trực tiếp động cơ Imm

Imm =

U đm Ru  Rnt

ImmR =

U đm Ru  Rnt  Rmm

Dòng điện mở máy khi có điện trở mở máy

BÀI TẬP 1. Một máy phát điện kích từ song song có công suất định mức 25KW, điện áp định mức 115V, điện trở dây quấn kích từ R kt = 12,5ohm, điện trở dây quấn phần ứng R ư = 0,0238ohm, số đôi nhánh a = 2, số đôi cực p = 2, số thanh dẫn N = 300, tốc độ quay n = 1300v/p. a. Xác định sđđ Eư và từ thông. b. Giả sử dòng kích từ không đổi, bỏ qua phản ứng phần ứng, hãy xác định điện áp đầu cực máy phát khi dòng điện giảm xuống I = 80,8A. Giải a. Dòng điện định mức: I dm  Dòng kích từ: I kt 

Pdm 25000  217, 4 A U dm 115

U dm 115   9, 2 A Rkt 12,5

Dòng điện phần ứng: I u  I dm  I kt  217, 4  9, 2  226, 6 A 164

Suất điện động của máy: Eu  U  I u .Ru  115  226, 6.0, 0238  120, 4V Từ thông:  

60aEu 60.2.120, 4   1,852.102Wb p.N .n 2.300.1300

Dòng điện phần ứng: I u  I  I kt  80,8  9, 2  90 A Điện áp đầu cực máy phát: U  Eu  I u Ru  120, 4  90.0, 0238  118,3V 2. một máy phát điện 1 chiều kích từ song song điện áp định mức 115V, cung cấp dòng It = 98,3A cho tải. Điện trở phần ứng 0,0735ohm, R kt = 19ohm. Tổn hao cơ, sắt từ và tổn hao phụ bằng 4% công suất điện. a. Xác định sđđ ứng và hiệu suất máy phát ở chế độ tải trên. b. Tính dòng điện ngắn mạch khi ngắn mạch 2 đầu cực máy phát. Cho biết từ thông dư bằng 3% từ thông của máy ở chế độ tải trên và tốc độ máy không đổi. Giải a. Dòng kích từ: I kt 

U dm 115   6, 05 A Rkt 19

Dòng điện phần ứng: I u  I dm  I kt  98,3  6, 05  104,35 A Suất điện động phần ứng: Eu  U  I u .Ru  115  104,35.0, 735  122, 7V 2 2 Tổn hao dây quấn kích từ song song: DPkt  I kt .Rkt  6, 05 .19  695W

2 2 Tổn hao trong dây quấn phần ứng: DPu  I u Ru  104,35 .0, 0735  800W

Tổn hao cơ, sắt từ và phụ: DPcstf  4% P  0, 04.115.98,3  452W Hiệu suất của máy:  

P 115.98,3   0,853 P  DP 115.98,3  695  800  452

b. Khi ngắn mạch đầu cực, dòng điện ngắn mạch chạy trong dây quấn phần ứng:

I un 

Eun 3, 7   50 A Ru 0, 0735

Trong đó Eun  ke .n.du  0, 03ke n  0, 03.Eu  0, 03.122, 7  3, 7V Ở máy phát kích từ song song dòng điện ngắn mạch nhỏ hơn dòng định mức. 3. Động cơ điện DC có công suất định mức 1,5Kw, điện áp định mức 220V, hiệu suất 0,82; tốc độ 1500v/p. Tính momen định mức, tổng tổn hao trong máy, dòng điện định mức. Giải Momen định mức: M dm  9550

Pdm 1,5  9550  9,55 Nm n 1500 165

Công suất điện cung cấp cho động cơ: P1  Dòng điện định mức: I dm 

Pdm 1,5.103   1829,3W  0,82

P1 1829,3  8,31A U 220

Tổng tổn hao trong máy: DP  P1  Pdm  1829,3  1500  329,3W 4. Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp điện áp định mức U đm = 110V; dòng điện định mức Iđm = 20A; điện trở phần ứng và dây kích từ nối tiếp R ư + Rnt = 0,5. Tính: Dòng điện mở máy trực tiếp. Điện trở mở máy để dòng điện mở máy giảm còn 2 lần dòng điện định mức. Giải - Dòng điện mở máy trực tiếp Imm: Imm =

U đm 110   220 A 0,5 Ru  Rnt

- Dòng điện mở máy khi có điện trở mở máy: ImmR =

U đm (1) Ru  Rnt  Rmm

ImmR  2 I đm

(2)

Kết hợp (1) và (2) suy ra: RmmR  suy ra:

Rmm 

U đm  ( Ru  Rnt ) 2.I đm

110  0,5  2,25 2  20

9. Dây quấn phần ứng máy điện một chiều. Nhiệm vụ của dây quấn phần ứng: Sinh ra được 1 sức điện động cần thiết, có thể cho 1 dòng điện nhất định chạy qua mà không bị nóng quá 1 nhiệt độ nhất định để sinh ra 1 mômen cần thiết đồng thời đảm bảo đổi chiều tốt, cách điện tốt, làm việc chắc chắn, an toàn. Tiết kiệm vật liệu, kết cấu đơn giản. Cấu tạo của dây quấn phần ứng: - Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử nối với nhau theo 1 quy luật nhất định. - Phần tử dây quấn là 1 bối dây gồm 1 hay nhiều vòng dây mà 2 đầu của nó nối vào 2 phiến góp. - Các phần tử nối với nhau thông qua 2 phiến góp đó và làm thành các mạch vòng kín. + Rãnh thực và rãnh phần tử (nguyên tố). 166

- Rãnh thực là rãnh hiện đang tồn tại trên kết cấu roto và thấy được bằng mắt. - Rãnh phần tử (nguyên tố) là rãnh tưởng tượng chỉ chứa 1 cạnh tác dụng trên và 1 cạnh tác dụng dưới của 2 bối dây khác nhau. Chỉ đề cập đến nếu dây quấn bố trí theo dạng 2 lớp. Trong một rãnh thực, ta có thể có rãnh thực chứa u = 1, 2, 3… hay nhiều rãnh phần tử (nguyên tố) tuỳ theo quan hệ giữa số rãnh Z của roto và số phiến góp K của cổ góp.

Hình 5.23 Rảnh thật và rãnh nguyên tố Quan hệ giữa rãnh thực Z và rãnh nguyên tố Znt : Znt = u.Z Quan hệ giữa số phần tử của dây quấn S và số phiến góp G: S = G → Znt = S = G Phân loại: - Theo cách thực hiện dây quấn: + Dây quấn xếp đơn và xếp phức tạp. + Dây quấn sóng đơn và sóng phức tạp. + Trong 1 số trường hợp còn dùng cả dây quấn hỗn hợp: kết hợp cả dây quấn xếp và sóng.

167

Hình 5.24 Các dạng dây quấn * Dây quấn xếp đơn. Các bước dây quấn: Bước dây quấn thứ nhất y1: Là khoảng cách giữa hai cạnh tác dụng của 1 phần tử. Bước dây quấn thứ hai y2: Là khoảng cách giữa cạnh tác dụng thứ 2 của phần tử thứ nhất với cạnh tác dụng thứ nhất của phần tử thứ hai kế tiếp nó. Bước dây tổng hợp y: Là khoảng cách giữa hai cạnh đầu của hai phần tử kế tiếp nhau. Cả ba loại bước dây quấn trên được tính bằng số rãnh nguyên tố. Bước cổ góp yG: Đó là khoảng cách giữa hai phiến góp có hai cạnh tác dụng của một phần tử nối vào, đo bằng số phiến góp. - Bước dây quấn thứ nhất y1 : y1 

Z nt �e 2p

Trong đó: e là 1 số hoặc phân số để hiệu chỉnh y1 là 1 số nguyên. Nếu: y1 

Z nt 2p

Nếu: y1 

Z nt  e ta có dây quấn bước dài. 2p

Nếu: y1 

Z nt e 2p

ta có dây quấn bước đủ.

ta có dây quấn bước ngắn.

- Bước dây quấn thứ hai y2 : Trong dây quấn xếp đơn ta có: y2 = y1 - y - Bước vành góp yG Đặc điểm của dây quấn xếp đơn là 2 đầu của 1 phần tử nối vào 2 phiến góp kề nhau nên yG = y = 1. Ví dụ: Khai triển dây quấn xếp đơn MĐDC có Znt = S = G = 16, 2p = 4. + Tính các bước dây quấn:

y1 

Z nt 16 �e  �e 2p 4

Chọn

e  0 � y1  4 (bước đủ). y = yG = 1. y2 = y1 - y = 4 - 1 = 3

+ Thứ tự nối các phần tử: Căn cứ vào các bước dây quấn ta có thể bố trí cách nối các phần tử để thực hiện dây quấn. 168

Hình 5.25 Sơ đồ cột dây quấn xếp với Znt = S = G = 16, 2p = 4 + Giản đồ khai triển: - Giả sử tại thời điểm khảo sát phần tử 1 nằm trên đường trung tính hình học (đó là đường thẳng trên bề mặt phần ứng mà dọc theo nó cảm ứng từ bằng 0). - Vị trí của các cực từ trên hình vẽ phải đối xứng nhau, khoảng cách giữa chúng phải đều nhau. Chiều rộng cực từ bằng 0,7 bước cực.Vị trí của chổi than trên phiến đổi chiều cũng phải đối xứng, khoảng cách giữa các chổi than phải bằng nhau. Chiều rộng chổi than lấy bằng 1 phiến đổi chiều - Yêu cầu chổi than phải đặt ở vị trí để dòng điện trong phần tử khi bị chổi than ngắn mạch là nhỏ nhất và sức điện động lấy ra ở 2 đầu chổi than là lớn nhất. Như vậy chổi than phải đặt trên trung tính hình học và trục chổi than trùng với trục cực từ.

Hình 5.26 Sơ đồ khai triển với Znt = S = G = 16, 2p = 4 + Xác định số đôi mạch nhánh: Nhìn từ ngoài vào dây quấn phần ứng có thể biểu thị bằng sơ đồ sau:

169

Hình 5.27 Sơ đồ tổng quát dây quấn phần ứng của MĐDC Ta thấy: dây quấn phần ứng là 1 mạch điện gồm 4 mạch nhánh song song hợp lại. (Mạch nhánh song song là phần dây quấn nằm giữa 2 chổi điện có cực tính khác nhau). Nếu máy có 2p cực thì sẽ có 2p mạch nhánh song song. Kết luận: - Trong dây quấn xếp đơn giản thì số mạch nhánh song song bằng số cực từ hay số đôi mạch nhánh song song bằng số đôi cực : a = p - Nếu dây quấn xếp thoả mãn 2 điều kiện: chổi than nằm trên đường trung tính hình học và hệ thống mạch từ đối xứng thì sức điện động các nhánh bằng nhau và đạt giá trị lớn nhất. * Dây quấn xếp phức tạp. Bước dây quấn: Đặc điểm của dây quấn xếp phức tạp là y G = m (m = 2, 3, 4...). Thông thường chỉ dùng m = 2. Trong những máy công suất thật lớn mới dùng m > 2. Khi m = 2 = yG: - Nếu số rãnh nguyên tố và số phần tử là chẵn thì ta được 2 dây quấn xếp đơn độc lập. - Nếu số rãnh nguyên tố và số phần tử lẻ ta được 2 dây quấn xếp đơn nhưng không độc lập mà nối tiếp nhau thành 1 mạch kín.

Hình 5.28 Bước dây quấn Như vậy có thể coi dây quấn xếp phức tạp gồm m dây quấn xếp đơn làm việc song song nhờ chổi than. Và chổi than phải có bề rộng ³ m lần phiến góp mới có thể lấy điện ra.

170

Ví dụ : Xây dựng sơ đồ dây quấn xếp phức tạp có: y G = m = 2; 2p = 4; Znt = S = G = 24. Các bước dây quấn:

y1 

Z nt 24 �e  6 2p 4

y2 = y 1 - y = 6 - 2 = 4 yG = y = 2 Thứ tự nối các phần tử:

Hình 5.29 Sơ đồ cột dây quấn xếp phức tạp có: yG = m = 2; 2p = 4; Znt = G = 24.

Hình 5.30 Sơ đồ khai triển dây quấn xếp phức tạp có: yG = m = 2; 2p = 4; Znt = G = 24. Dây quấn xếp phức tạp do m dây quấn xếp đơn cùng đấu chung chổi than do đó số đôi mạch nhánh song song của dây quấn : a = m.p. Cực từ và chổi điện như ở dây quấn xếp đơn. Chỉ khác là bề rộng chổi điện ³ 2 lần phiến góp để có thể lấy điện đồng thời ở 2 dây quấn ra.

171

* Dây quấn sóng đơn.

Hình 5.31 Bước dây quấn sóng đơn Bước dây quấn:

y1 

Z nt �e 2p

Muốn cho khi quấn xong vòng thứ nhất đầu cuối của phần tử thứ p phải kề với đầu đầu của phần tử đầu tiên thì số phiến đổi chiều mà các phần tử vượt qua phải là:

yG 

G �1 (G là số phiến góp). p

y  yG 

G �1 Dấu (+) ứng với dây quấn phải. Dấu (-) ứng với dây quấn trái. p

y2 = y – y1 = yG – y1. Ví dụ: Khai triển dây quấn sóng đơn có Znt = S = G = 15; 2p = 4. Bước dây quấn:

y1 

Z nt �e  3, 75 me 2p

Chọn y1 = 3 (bước ngắn).

y  yG 

G �1 15  1   7 (dây quấn trái). p 2

y2 = y – y1 = 7 - 3 = 4. Thứ tự nối các phần tử:

Hình 5.30 Sơ đồ cột dây quấn sóng đơn có Znt = S = G = 15; 2p = 4.

172

Hình 5.32 Sơ đồ khai triển dây quấn sóng đơn có Znt = S = G = 15; 2p = 4. Quy luật nối dây của dây quấn sóng đơn là nối tiếp tất cả các phần tử dưới ở các cực có cùng cực tính lại rồi nối với các phần tử ở dưới các cực có cực tính khác cho đến hết. Dây quấn sóng đơn chỉ có 1 đôi mạch nhánh song song: a = 1. * Dây quấn sóng phức tạp. Bước dây quấn: Tương tự như với dây quấn sóng đơn. Riêng bước vành góp: yG 

G �m p

Ví dụ: Xây dựng sơ đồ khai triển dây quấn có: m = 2; 2p = 4; Znt = S = G = 18. Tính bước dây quấn: y1 

Z nt 18 �e  �e  4,5 �e 2p 4

Chọn y1 = 4 (dây quấn bước ngắn).

yG 

G �m = 8 = y; y2 = y - y1 = 8 - 4 = 4. p Thứ tự nối các phần tử:

Hình 5.33 Sơ đồ cột dây quấn phức tạp có: m = 2; 2p = 4; Znt = S = G = 18.

173

Hình 5.34 Sơ đồ khai triển dây quấn phức tạp có: m = 2; 2p = 4; Znt = S = G = 18. Dây quấn sóng phức tạp gồm m dây quấn sóng đơn hợp lại do đó số đôi mạch nhánh song song của dây quấn sóng phức tạp: a = m. * Dây cân bằng điện thế. + Điều kiện để dây quấn đối xứng: - Dây quấn MĐMC tương ứng như 1 mạch điện gồm 1 số nhánh song song ghép lại. Mỗi nhánh gồm 1 số phần tử nối tiếp nhau. - Ở điều kiện bình thường: sức điện động sinh ra trong các mạch nhánh song song bằng nhau, dòng điện phân bố đều trong các nhánh. - Dây quấn phải đảm bảo 1 số yêu cầu sau: Đảm bảo về cảm ứng từ: Hệ thống mạch từ phải có cấu tạo đối xứng, từ thông ở các cực như nhau. Điều kiện về dây quấn: Tất cả các dây quấn tạo thành mạch nhánh phải tương đương nhau và số phần tử của các nhánh cũng phải tương đương. Dây cân bằng điện thế loại 1: - Dây cân bằng điện thế làm mất sự không đối xứng của mạch từ trong MĐ để cân bằng điện thế ở các mạch nhánh của dây quấn xếp nằm dưới các cực từ có cùng cực tính được gọi là dây cân bằng loại 1. Bước thế yt bằng số phiến đổi chiều dưới mỗi đôi cực:

yt 

G G  p a Dây cân bằng loại 2: Dây cân bằng làm mất sự phân bố không đối xứng của điện áp trên vành góp gọi là dây

cân bằng loại 2. yt 

S G  a a

10. Quấn bộ dây stato động cơ điện vạn năng 10.1. Phương pháp vẽ sơ đồ trải dây quấn stato động cơ điện vạn năng Đối với động cơ vạn năng ta có thể có hai loại: stato ở dạng cực lồi hay stato có cấu tạo dạng rãnh giống như động cơ cảm ứng. Đối với các động cơ vạn năng có công 174

suất cơ trên đầu trục bé hơn 1 HP thì stato thường là cực lồi và 2p=2. Đây là loại động cơ vạn năng thường gặp trong thực tế, nên trong khuôn khổ nội dung của chương trình chúng ta chủ yếu quan tâm loại này. Với kết cấu đơn giản của các động cơ vạn năng công suất nhỏ, stato có dạng cực lồi và 2p=2 hay 2p=4. Nên dây quấn stato có thể biểu diễn bởi dưới đây

Hình 5.35 Sơ đồ đẫu của động cơ vạn năng

B

A

Hình 5.36 Sơ đồ đấu dây và sơ đồ trãi dây quấn stato (2p=4) 10.2. Phương pháp quấn dây stato (phần cảm) động cơ điện vạn năng Thực hiện quấn dây stato của động cơ điện vạn năng thường phải trải qua các bước như sau: - Cách điện các cực từ: Mục đích của việc lót giấy cách điện các cực từ là không để dây quấn tiếp xúc trực tiếp với lõi sắt của stato, tăng cường cách điện giữa dây quấn với lõi sắt động cơ. - Đo và hình thành kích thước bối dây. - Làm khuôn: Công dụng: Tạo ra hình dạng các bối dây có kích thước phù hợp với bước dây quấn, sao cho khi đặt các bối dây vào rãnh bảo đảm các yêu cầu kỹ thuật - Vật liệu làm khuôn: gỗ - Phân loại khuôn: Khuôn quấn các bối dây có nhiều loại: khuôn cố định, khuôn thay đổi được kích thước, khuôn thực hiện quấn trên bàn quấn, khuôn quấn bằng tay(không thực hiện quấn trên bàn quấn) + Loại khuôn cố định: Đối với loại này, kích thước khuôn cố định nên mỗi một khuôn chỉ quấn được một bối dây, vì vậy chỉ thích hợp khi thực hiện hàng loạt với số lượng lớn.

175

+ Loại khuôn có thể điều chỉnh được nhiều cỡ khuôn: Loại này có ưu điểm là một bộ khuôn có thể quấn được nhiều nhóm bối dây khác nhau, cho nhiều phần ứng khác nhau. Vì vậy giảm được thời gian làm khuôn và rất phù hợp với thợ sữa chữa

Hình 5.37 Gá khuôn lên máy quấn - Quấn các bối dây: Sau khi gá khuôn vào bàn quấn, tiến hành quấn các nhóm bối dây với yêu cầu là dây cong đều, không bị bẽ gập, không bị bong cách điện và đúng số vòng. - Lắp đặt các cuộn dây phần cảm vào rãnh: Khi lắp đặt dây vào rãnh cần phải chú ý là cần phải sử dụng dao tre để đưa dây và các sợi dây thẳng song song với nhau, nằm trong giấy cách điện rãnh và không bị bong cách điện. - Nêm miệng rãnh bằng giấy cách điện, nếu rãnh còn chưa chặt thì cần phải dùng thêm nêm tre. - Hàn nối các đầu dây ra và các cuộn dây: - Nối các đầu dây ra của cuộn cảm với dây mềm nhiều lõi. - Nối đúng sơ đồ , từ trường của cuộn dây cùng chiều với từ dư. - Các mối nối gọn chắc chắn tiếp xúc tốt: Làm sạch chỗ đầu dây cần hàn. Dùng mỏ hàn có công suất phù hợp với đường kính dây để đủ nhiệt - Chỗ hàn nối phải băng cách điện - Các đoạn dây nối bố trí gọn gàng không bị va chạm vào phần ứng khi phần ứng quay - Kiểm tra thông mạch và cách điện giữa cuộn dây và lõi thép, giữa các cuộn dây với vỏ bằng V.O.M. Điện trở cách điện phải đạt yêu cầu Rcđ > 0,5 Mêgaôm. - Đai cột, định vị các cuộn dây: Việc đai cột làm định vị chắc chắn hai đầu của các bối dây và hai đầu dây đưa ra, làm cho các bối dây không bị bong ra, không bị va chạm vào phần ứng và nắp đỡ hai đầu. Dùng dây sợi vải hoặc sợi tổng hợp đai cột với lực xiết vừa đủ, đảm bảo chắc chắn. - Tẩm sấy các cuộn dây: Đối với các cuộn dây, việc sơn tẩm có tác dụng tăng cường cách điện, liên kết các vòng dây, các bối dây thành một khối, không bị chuyển dịch trong quá trình làm việc. Nếu các vòng dây, bối dây không được sơn tẩm định vị chắc chắn, thì trong quá trình làm việc các vòng dây, bối dây khác nhau tạo nên sự xê 176

dịch cọ xát giữa các vòng dây, dễ dẫn đến tróc cách điện, cháy chập cuộn dây. Vì vậy việc sơn tẩm dây quấn phải cần được chú trọng. Yêu cầu sơn tẩm đúng chủng loại sơn, đúng qui trình sơn tẩm máy điện và đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật. 10.3. Quấn dây stato (phần cảm) động cơ điện vạn năng Phần cảm điện của các loại máy cưa tay, máy khoan, máy bào, máy may thường chỉ có hai cuộn dây vì những động cơ này chỉ chạy một tốc độ mà thôi. Duy chỉ có loại đông cơ máy may mặc dù chỉ có hai cuộn dây mà nó vẫn thay đổi được tốc độ được là nhờ có một điện trở ở bên ngoài nối tiếp với động cơ. Khi thay đổi trị số điện trở thì tốc độ đông cơ thay đổi Loại động cơ chạy một tốc độ không có dây tốc độ (hay dây số). Còn hầu hết những máy xay sinh tố, máy xay trái cây, máy đánh trứng ngoài hai cuộn dây chính ra nó còn quấn thêm cuộn dây số (dây tốc độ). Các cuộn dây số này luôn có số vòng ít hơn và sợi dây nhỏ hơn. 10.4. Quấn dây rôto động cơ điện vạn năng Trong công nghệ quấn dây cho rôto động cơ vạn năng, ta thể hiện dây quấn xếp hay sóng theo một trong các phương pháp sau: - Quấn xếp như trong sơ đồ khai triển dây quấn đã xây dựng. - Quấn từng cặp bối dây song song. - Quấn từng cặp bối dây đan hình V. - Quấn vừa V vừa song song. Ngoại trừ cách quấn xếp các phương pháp còn lại được sử dụng với các yêu cầu: - Tạo điều kiện về tính đối xứng cho các mạch nhánh song song trong rôto khi động cơ đang quay. - Tạo điều kiện cận bằng tốt cho rôto, sau quá trình quấn lại dây quấn trên rôto. - Ta lần lượt khảo sát từng phương pháp quấn dây rôto theo công nghệ thực tế. 10.4.1. Phương pháp quấn từng cặp bối song song Quy tắc cần thực hiện cho phương pháp quấn từng cặp bối song song: - Tổng số rãnh rôto là số chẵn. - Bước bối dây là bước ngắn bé hơn bước đủ 1 rãnh. - Khi bước bối dây là số chẵn, các cặp bối song song được quấn liên tục theo nhau và cách nhau 2 rãnh. - Khi tổng số rãnh chia đúng cho 2 và giá trị nhận được là số lẻ (thí dụ 12:2=7) các nhóm bối song song được quấn liên tục cách nhau 3 rãnh (tính từ đầu ra của bối thứ hai ở nhóm song song đầu đến đầu vào của bối thứ nhất của nhóm song song kế tiếp). - Khi bước bối dây là số lẻ, bộ dây quấn có hai nhóm bối độc lập và từng cặp song song được quấn liên tục và cách nhau 2 rãnh. - Khi tổng số rãnh chia đúng cho 2 và giá trị nhận được là số chẵn (thí dụ 12:2=6) các cặp bối song song được quấn liên tục theo hai nhóm độc lập nhau. Khoảng cách giữa 177

đầu ra của bối cuối trong nhóm độc lập thứ nhất đến bối đầu của nhóm độc lập thứ hai cách nhau 2 rãnh. - Trong khi quấn các bối dây của rôto, mỗi cặp bối song song sẽ có bối khởi đầu của mỗi cặp bối nằm trong các rãnh mang số thứ tự lẻ 3,5,7... - Khi số cặp bối song có trị số lẻ cuộn dây được quấn liên tục và nửa phần bối dây đầu sẽ chấm dứt với số bối dây chẵn. - Khi số cặp bối song song có giá trị chẵn, bộ dây chia làm hai nửa phần, nửa phần bối đầu sẽ chấm dứt với số bối dây chẵn. - Khi số cặp bối song song có giá trị lẻ, ta có một số cặp bối dây quấn đầu nằm dưới đáy rãnh. - Khi bộ dây có số cặp bối mang giá trị lẻ những cặp bối của nửa phần sau của bộ dây nằm trong phần trên rãnh. Ví dụ : - Vẽ sơ đồ dây quấn cho rôto động cơ vạn năng với cách quấn từng cặp bối song song, biết rằng rôto có Z=k=12, 2p=2. - Vẽ cách đấu các dầu dây lên cổ góp, khi rôto thực hiện cách quấn từng cặp bối song. Giải - Với Z=k=12, 2p=2, ta có y 1= 5 rãnh thực, rút ngắn bối dây 1 bước để thực hiện phương pháp quấn từng cặp bối song song. Lập bảng xác định các bối dây. y1 = 5

Hình 5.38 Sơ đồ cột dây quấn xếp tiến, đầu ra dây đấu thẳng, 2a=2 nhánh song.

178

1

2

3

a b c d

4

5

1 12

2

1 5

3

4

5

6

7

8

9

2

10

3

4

11 a b c d

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Hình 5.39 sơ đồ khai triển dây quấn xếp tiến, đầu ra dây đấu thẳng, 2a=2 nhánh song. - Ta có 6 bước tạo các cặp bối song song cho bộ dây quấn

Hình 5.40 Tạo các cặp bối song song : a. 1cặp, b. 2 cặp

Hình 5.41 Tạo các cặp bối song song : a. 3 cặp, b. 4 cặp 179

r9

2

1

v10

r11

2 1

3

3

12

12

4

4 11

5

11 r7

6 10

5 10

v11

6

7

9

8

9

7

r10

v9

v12

8

r12

Hình 5.42 Tạo các cặp bối song song : a. 5 cặp, b. 6 cặp Từ sơ đồ quấn dây thực tế trên sáu hình ta thành lập bảng quy đổi tương đương cho các bối dây đã lập trên hai sơ đồ như sau:

Với y1 = 5

Hình 5.43 Sơ đồ cột các đầu dây ra và các đầu dây vào, 2a=2 nhánh song Ký hiệu: V:ứng với đầu vào, r ứng với đầu ra. Như vậy từ sơ đồ khai triển và sơ đồ quấn dây thực tế, ta xác định được cách đưa đầu dây cho các bối dây trong lối quấn từng cặp bối song song như sau:

Phiến góp

1

2

3

Đầu ra

r8

r1

r10

Đầu vào

v1

v10

v3

4

r3 v12

5

6

7

8

9

10

11

12

r12

r5

r7

r2

r9

r4

r11

r6

v5

v7

v2

v9

v4

v11

v6

v8

180

10.4.2. Phương pháp quấn hình V Công nghệ quấn các bối dây rôto theo hình chữ v là phép quấn phối hợp giữa cách quấn thông thường và phép quấn từng cặp bối song song vừa trình bày ở trên. Đặc tính của phép quấn này là hai bối dây đi liên tiếp nhau trong quá trình quấn từ hai bên trục rôto đan thành hình chữ V. Một đặc tính khác dễ phân biệt hơn nữa là sau khi quấn song bối thứ nhất (một nhánh của chữ V) và quấn sang bối thứ hai (nhánh thứ hai của chữ V) ta đã làm đầy một rãnh là đỉnh chữ V (tại đó ta thực hiện đủ hai lớp dây quấn). 10.4.2.1. Đặc điểm của phép quấn hình V: Trường hợp rôto có nhiều rãnh, mỗi bối lại chứa nhiều vòng đồng thời đường kính dây lớn, các điểm thuận lợi và bất lợi của phương pháp quấn hình V so với dây quấn xếp thông thường và phép quấn từng cặp bối song song được liệt kê như sau: - Khi khoảng không gian từ đáy rãnh đến trục bị giới hạn, lối quấn chữ V chiếm ít khoảng không gian hơn. - Phép quấn dây này (cũng như quấn xếp) không phụ thuộc số rãnh là chẵn hay lẻ. - Phép quấn dây hình V thường dùng cho phần ứng máy phát một chiều điện thế thấp vì lúc đó không cần cách điện kỹ giữa các đầu ra so với lúc dùng phép quấn này cho rôto động cơ vạn năng. 10.4.2.2. Phân loại phép quấn hình V:Ta có thể phân thành các dạng sau đây: * Phương pháp quấn dây hình V, bối dây quấn từ phần trên rãnh xuống dưới đáy rãnh, số rãnh rôto chẵn, bộ dây quấn thành hai nhóm độc lập, hay quấn liên tục: Quy tắc tổng quát áp dụng cho bộ dây quấn thành hai nhóm độc lập (bối dây bước chẵn). - Những bối dây bắt đầu cho các nhóm bối độc lập song song nhau và đối xứng nhau qua trục rôto. - Những bối dây cuối cùng của các nhóm bối độc lập song song nhau và đối xứng nhau qua trục rôto. - Bối dây bắt đầu và bối dây cuối cùng của mỗi nhóm độc lập tạo thành hình chữ V. Chữ V này có hai nhánh đối xứng nhau qua đường kính của rôto (đường kính này qua đỉnh chữ V). - Nhóm bối dây thứ hai mở đầu bằng bối dây song song và đối xứng qua tâm rôto và bối dây mở dầu cho nhóm bối dây thứ nhất. - Một bối dây mang số thứ tự chẵn (trong quá trình quấn thực tế) thuộc nhóm bối dây đầu tiên sẽ song song với bối dây mang số thứ tự lẻ thuộc nhóm thứ hai. Tương tự cho trường hợp ngược lại. - Các bối dây trong bộ dây quấn quấn bằng phương pháp này luôn luôn là loại bối dây có bước ngắn ngắn hơn bước đủ một rãnh. Ví dụ: Vẽ sơ đồ quấn dây thực hành cho rôto khi Z=k=14, 2p=2, biết quấn dây thực hiện theo lối hình V.

181

Giải Ta có k=Z=14,2p=2, chọn bước bối dây y1 = 6 rãnh thực,. Nếu giả sử sơ đồ cột của rôto dùng lối quấn xếp tiến, bảng bố trí các lối dây được mô tả như sau:

Hình 5.44 Sơ đồ cột các đầu dây ra và các đầu dây vào, dây quấn hình V

Từ bảng bố trí các bối dây trong rôto ta qui đổi các bối dây tương đương trong sơ đồ khai triển dây quấn xếp với sơ đồ thực hành theo lối chữ V (hình 7.22b) gồm 8 bước hình V cho bộ quấn dây này:

Hình 5.45 Tạo các cặp bối chử V: a. 1chữ V ; b. 2 chữ V Tương tự ta có các bước tiếp theo. Từ hình ta lập bảng xác lập sự tương đương giữa các bối dây trong bảng bố trí các bối dây với các bối dây thực hiện theo lối quấn V:

182

Với y1 = 5

Hình 5.46 Sơ đồ cột các đầu dây ra và các đầu dây vào, khi Z=k=14, 2p=2, quấn dây thực hiện theo lối hình V Với phép quy đổi này, muốn xác định cách đấu đầu ra lên phiến góp ta thực hiện phương pháp đã dùng trong ví dụ 4. Quy tắc tổng quát áp dụng cho bộ dây quấn liên tục(bối dây bước lẻ) - Khi số rãnh rôto chẵn và bước bối dây lẻ, bộ dây không tạo thành hai nhóm bộ dây độc lập mà được quấn liên tục. - Khi tạo phép quấn chữ V, hai nhánh của chữ V tạo bởi hai bối dây cách nhau 2 rãnh. - Bối dây bắt đầu cho nửa bộ dây còn lại (trong tổng số bối dây của cả bộ dây) sẽ song song với bối dây đầu tiên khởi đầu bộ dây. - Bộ dây cuối cùng trong bộ dây sẽ song song với bối dây cuối trong nửa bộ dây đầu. - Sau khi quấn nửa bộ dây còn lại, mỗi bối dây trong nửa bộ dây này sẽ song song với các bối dây đầu. - Trong quá trình quấn dây, sau rãnh mang số thứ tự chẳn (hay lẻ) được làm đầy, các rãnh kế tiếp được làm đầy mang số thứ tự lẻ (hay chẳn) rồi chẳn(hay lẻ). - Bối dây đầu tiên của bộ dây quấn luôn luôn ở đáy 2 rãnh. - Bối dây cuối cùng của bộ dây quấn luôn luôn ở phần trên 2 rãnh. - Các bối không là bối đầu tiên hay bối cuối cùng của bộ dây luôn luôn quấn từ trên rãnh xuống đáy rãnh. 10.5. Vật liệu tẩm sấy rôto động cơ điện vạn năng Sấy sau khi tẩm sơn là một giai đoạn rất quan trọng, phải đảm bảo sấy đúng nhiệt độ và thời gian quy định. Nếu không tuân thủ được hai điều kiện này thì sơn không khô tốt, cách điện của máy điện sẽ kém. Hiện tượng mặt ngoài khô, phía trong dây sơn không khô là hậu quả của quy trình sấy không đúng. 183

Thông thường sấy ở nhiệt độ 1100C đến 1150C thời gian sấy vào khoảng 4 -18 giờ tuỳ thuộc vào ký hiệu sơn và cỡ máy to, máy nhỏ, kiểm tra độ cách điện lúc sấy ổn định trong khoảng thời gian là 2 -4 giờ, sờ tay vào sơn không còn dính mới coi là xong đợt sấy thứ nhất. Lúc bắt đầu sấy cần tăng nhiệt độ lên từ từ và sấy ở mức độ 60 0 - 700C trong khoảng 3 - 4 giờ, sau đó mới tăng lên 110 0C đến 1150C để tránh hiện tượng lớp sơn mặt ngoài bị khô nhanh tạo thành màng kín, cản trở lớp sơn trong không thể khô hết được. Dây quấn tẩm xong đem sấy khô, rồi sơn phủ (nếu cần) và sấy khô sơn phủ. Khi tẩm sấy dây quấn rôto cần chú ý cấm lửa, đề phòng hoả hoạn. Phương pháp sấy thường dùng trong khi tẩm là dùng lò, tủ hoặc buồng sấy. Trong điều kiện sửa chữa đồ điện gia dụng nhỏ không có là sấy thì có thể dùng bóng đèn 10W - 200W đặt trực tiếp vào stato (không để chạm vào dây quấn) rồi đậy kín lại, nhiệt độ trong thùng sấy đơn giản này vẫn đạt khoảng 110 0C thì sau 10 - 20 giờ, dây quấn mới khô tốt. C. Câu hỏi, bài tập Câu 1. Máy phát điện một chiều kích từ song song có số liệu sau: r ư= 0,1  ; 2∆tx= 2V; dây quấn phần ứng là dây quấn sóng đơn; 2p=4; Z nt=25; mỗi rãnh đặt 5 dây dẫn;  = 0,03Wb; n = 1200 vòng/phút; Ikt = 2A; cung cấp cho tải dòng điện I=18A.. a. Hãy phân tích tại sao khi máy phát đang làm việc bình thường mà xảy ra ngắn mạch 2 cực máy thì ở máy phát kích từ độc lập sẽ rất nguy hiểm? còn ở máy phát kích từ song song không nguy hiểm. b. Hãy xác định điện áp trên 2 cực của máy phát điện trên? c. Nếu tổn hao công suất không tải bằng 5% công suất tải thì hiệu suất của máy bằng bao nhiêu? Câu 2: Trên động cơ một chiều có ghi: kích từ song song, Uđm= 220V; Pđm= 14 Kw; nđm= 800 vòng/phút; Rkt= 55  ; 

 0,8 ;

rư= 0,2  ; Ce=10; 2∆Utx= 2V.

a. Hãy giải thích tại sao khi bắt đầu khởi động động cơ một chiều thì dòng điện mở máy có giá trị rất lớn sau đó nó giảm dần tới dòng điện ổn định. Muốn giảm dòng điện mở máy ta có thể thực hiện bằng biện pháp nào? b.Hãy xác định mômen điện từ, mômen không tải và mômen trục động cơ ở chế độ định mức? c. Hãy xác định các loại tổn hao công suất trong động cơ ở chế độ định mức? Câu 3: Động cơ 1 chiều có công suất định mức 1,5 KW, điện áp định mức 220V, tốc độ định mức 1500 vòng/phút, hiệu suất 0,82. Tính mômen định mức, dòng điện định mức và tổng tổn hao của động cơ?

184

TÀI LIỆU THAM KHẢO 1./ Nguyễn Đức Sĩ, Công nghệ chế tạo Máy điện và Máy biến áp, NXB Giáo dục 1995. 2./ Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu, Máy điện 1, NXB Khoa học và Kỹ thuật 2001. 3./ Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu, Máy điện 2, NXB Khoa học và Kỹ thuật 2001. 4./ Châu Ngọc Thạch, Hướng dẫn sử dụng và sửa chữa Máy biến áp, Động cơ điện, Máy phát điện công suất nhỏ, NXB Giáo dục 1994. 5./ Nguyễn Xuân Phú, Nguyễn Công Hiền, Tính toán cung cấp và lựa chọn thiết bị, khí cụ điện, NXB Giáo dục 1998. 6./ Đặng Văn Đào, Lê Văn Doanh, Kỹ thuật điện, NXB Khoa học và Kỹ thuật 1999. 7./ Nguyễn Trọng Thắng, Nguyễn Thế Kiệt, Tính toán sửa chữa các loại Máy điện quay và Máy biến áp - tập 1, 2, NXB Giáo dục 1993. 8./ Nguyễn Trọng Thắng, Nguyễn Thế Kiệt Công nghệ chế tạo và tính toán sửa chữa Máy điện - tập 3, , NXB Giáo dục 1993. 9./ Minh Trí, Kỹ thuật quấn dây, NXB Đà Nẵng 2000. 10./ Nguyễn Xuân Phú, Tô Đằng, Quấn dây sử dụng và Sửa chữa Động cơ điện xoay chiều thông dụng, NXB Khoa học và Kỹ thuật 1989.

185